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  月球9號軌道質量1538千克,高度為2.7米。它由登月艙、儀器艙、發動機系統等幾個部分組成。 登月艙是登月任務的核心所在,它呈卵形,直徑約58釐米,質量為99千克。包含有用於在月表著陸的減震裝置。上半部分為電視照相機裝置,相機重1.5千克,功耗2.5瓦,鏡頭可在上11度、下18度範圍內調節,最大分辨可達1.5-2毫米;下半部則是電池、熱控制器、通訊系統。為了保護密封艙內的無線電系統,密封艙中的氣體壓強達到1.2個大氣壓,溫度則被控制在19至30攝氏度。登月艙還含有4片花瓣狀的天線,當完全展開時,登月艙直徑可達160釐米,高度可達112釐米。  儀器艙被設計成可以拋離的形式。儀器艙內裝有星光導航裝置和無線電高度表。它的總質量為300千克,大部分的電池都在儀器艙內。  發動機系統包含了制動火箭、4個小型氮氣噴射裝置。它們除了在月球9號登陸時要提供減速制動外,還要負責中途的軌道修正。

  1966年1月31日11點41分(莫斯科時間14點41分),月球9號從拜科努爾航天中心發射升空。升空後先進入一條到219×167千米、傾角51.6度的地球停泊軌道,不久後經閃電號火箭第三級加速,進入地月轉移軌道。  2月1日格林尼治時間19點29分(莫斯科時間22點29分),在距離月球8300公里時,月球9號上的修正發動機進行了中途軌道調整。它們以每秒71.2米的速度噴射氣體並連續工作了48秒。最終,月球9號在月球表面75公里處啟動了制動火箭,將速度從每秒2.6千米逐漸降低,並拋掉了儀器艙,開啟氣囊。高度降為250米時,制動火箭被關閉,4個小型火箭開啟。同時,探測器伸出一隻探針用以確定關閉制動發動機的最佳時機。在5米高處,探針接觸到月表,探測器關閉了發動機,從頂部丟擲登月艙。經歷了3天的長途跋涉後,月球9號終於在2月3日格林尼治時間18時45分30秒(莫斯科時間21時45分30秒)成功降落在月球北緯7.13,西經64.37位於風暴洋附近的一個地點。  著陸後250秒,月球9號向地球傳送訊號並開啟了頂部的4片花瓣。這4片花瓣除了可以穩定住登月艙外,還可以與4根75釐米長的鞭型天線一起組成通訊系統。之後,由固定鏡頭和旋轉鏡頭組成的電視攝像機元件開始拍攝著陸區附近的黑白照片。因為此時的太陽才剛剛從月球上的地平線升起,所以開始時的幾張照片拍得很不理想。15分鐘後拍下的第一張黑白照片經過在總計過去了8個多小時後終於分7次被髮送到了地球。  2月7日,月球9號終於因為電力耗盡而結束了工作。蘇聯通過對月球9號傳回的資料分析而得出結論:月球表面是堅固的,人類完全可以降落在月球上。
月球9號(俄語:)是蘇聯發射的一顆月球探測器。它是世界上第一顆在月球上成功實現軟著陸的月球探測器。