Запуск Луна 10 состоялся в СССР 31 марта 1966 года с космодрома Байконур
В 13:46:59 по московскому времени в СССР был осуществлен пуск ракеты-носителя Молния-М в космос с космодрома Байконур, которая вывела автоматическую межпланетную станцию Луна 10 на низкую околоземную орбиту с высотой 200×250 км и наклонением 52°. Затем автоматическая межпланетная станция Луна 10 была переведена на траекторию полета к Луне.
1 апреля 1966 года была выполнена коррекция траектории. 3 апреля 1966 года на расстоянии 8000 км от Луны началось торможение; в результате станция Луна 10 уменьшила скорость на 0,64 км/с и в 21:44 по московскому времени впервые в мире вышла на орбиту вокруг Луны. Начальные параметры орбиты: высота апоселения 1015 км, высота периселения 349 км, наклонение орбиты к плоскости экватора Луны 71,9° при начальном периоде обращения 2 ч 58 мин 15 с. Через 20 секунд после окончания торможения станция отделилась от перелетной ступени.
Станция Луна 10 совершила 460 оборотов вокруг Луны и выполнила 219 сеансов связи с Землей. Через 56 суток после выхода на лунную орбиту, 30 мая 1966 года станция Луна 10 закончила активное существование ввиду исчерпания заряда химических батарей, она не была оборудована солнечными батареями. На этот момент высота ее орбиты составляла 378 × 985 км с наклонением 72,2°.
Космический аппарат был предназначен для выхода на орбиту искусственного спутника Луны и проведения исследований Луны и окололунного пространства. Космос манил своей неизученностью ученых всего мира. Космический аппарат состоял из перелетной ступени, осуществлявшей коррекцию траектории и переход с нее на окололунную орбиту, и отделяемого спутника Луны. Перелетная ступень была унифицирована со станциями Луна 4, Луна 9, а поскольку для выхода на орбиту требуется меньшее изменение скорости, то масса спутника была заметно больше массы станции Луна 9 и составляла около 250 кг. Полная масса станции во время перелета Земля — Луна составляла около полутора тонн.
Орбитальные измерения позволили установить ученым СССР несферичность гравитационного потенциала Луны и впервые получить его точную модель в виде коэффициентов разложения по сферическим гармоникам. Несферичность гравитационного потенциала Луны влияла на эволюцию орбиты станции в 5-6 раз сильнее, чем возмущения со стороны Земли и Солнца.
За время активного существования спутника на селеноцентрической орбите (460 витков) вековой дрейф долготы восходящего узла орбиты был равен — 7,7°, положения перицентра — 11,8°. За один оборот возмущение координаты спутника, обусловленное нецентральностью поля тяготения, составляло по модулю в среднем 0,75 км. Это было первое указание на существенную неоднородность недр Луны. Кроме того, было уточнено значение массы Луны.
С помощью счетчиков мягкого излучения было обнаружено прохождение Луны через хвост земной магнитосферы, выразившееся в синхронном росте скорости счета из-за регистрации изотропного потока электронов с энергией более 40 кэВ. Из наличия мягких электронов был сделан вывод об отсутствии глобальной магнитосферы Луны, образующей вокруг нее замкнутые силовые линии.
На обшивке спутника были установлены ионные ловушки для регистрации заряженных частиц с тепловыми скоростями (ионов и электронов предполагаемой ионосферы Луны). Магнитометр спутника определил напряженность магнитного поля Луны (примерно в 1000 раз меньше земного). Было установлено, что оно не имеет дипольного характера.
Был измерен гамма-спектр, излучаемый поверхностью Луны в диапазоне 0,3-3 МэВ. Обнаружено, что элементный состав природных радиоактивных нуклидов (уран, торий, калий) примерно соответствует таковому для земных базальтов. Однако более 90 % гамма-излучения с поверхности Луны обусловлено наведенной радиоактивностью, образующейся под действием космических лучей. Для советских ученых данные станции Луна 10 дали новый толчок к изучению космоса.
Луна — серия советских автоматических межпланетных станций для изучения Луны и космического пространства. В серии аппаратов Луна объединены несколько СССР программ по исследованию Луны.
Запуск станций серии Луна проводился в СССР с 1958 по 1976 год, все запуски — 16 удачных и 17 неудачных — осуществлялись с космодрома Байконур. В 1977 году программа была свернута — отменен 34-й запуск с Луноходом 3 на борту. Луноход 3 — советская машина из серии Луноход, третий лунный самоходный аппарат (планетоход)
