1966年3月31日，苏联的“月球”-10号探测器被送入250×200千米、倾角51.9度的低地球轨道，随后又进入奔月轨道。第二天“月球”-10号在飞往月球的途中进行了轨道修正。“月球”-10号的任务不是直接在月球上软着陆，而是把一个人造月球卫星送入环月飞行的月球轨道。月球10号重1,600千克、高4米，发动机、仪器舱、控制段实际上与“月球”-9号相同。所不同的是，“月球”-10号用月球卫星替代了着陆舱。
“月球”-10号在飞行了数天并达距离月球8,000千米时，调整方向并使制动火箭发动机点火，以降低飞行速度，使其从每秒21千米降低到每秒1.5千米，在关闭发动机20分钟后，“月球”-10号释放携带的月球卫星，卫星以110米/秒转速旋转，并进入1017×350千米、倾角71.5度的月球轨道，在此轨道的运行周期为2小时59分15秒。
“月球”-10号携带的月球卫星重254千克，呈圆柱形，直径约75厘米，高1.5米。内部保持850～860毫米汞柱的压力，温度控制在21～23度。动力由电池提供。“月球”-10号携带月球卫星装备了多种探测设备，主要包括：（1）磁力计：用于测量月球磁场；（2）伽马射线频谱仪：用于测量月表伽马射线的强度和频谱组成；（3）用于记录太阳粒子和宇宙射线以及研究低能电子的几种装置；（4）离子收集器：用于记录太阳风的总的离子和电子通量；（5）压电测量装置：用于记录月球空间质量为10-9克的流星粒子；（6）红外探测器：用于确定月球的内部热辐射；（7）低能Ｘ射线质子测量设备：用于测量月岩的Ｘ射线荧光辐射。
其中，磁力计位于月球卫星的底部，以避免受到卫星本身磁场的影响，它可测量50γ以下磁场，分辨率为1γ。伽马射线探测器通过比较宇宙背景中的自然辐射与月球表面发出的辐射，消除与宇宙射线相互作用引起的辐射量，可以计算铀、钍、钙-40的含量。五个气体放电计数器用于记录太阳和宇宙质子、电子以及小于14Å的Ｘ射线。其中3个主要用于测量由于太阳Ｘ射线辐射引起的月岩荧光，由此可用于确定月岩中几种元素的相对含量。离子收集器用来探测离子密度，这将有助于确定月球空间是否存离子层。红外探测器由两个15×30毫米的平板接收器组成，用于测量由月球表面发散的热流。显然，月球10号没有携带成像装置。
在飞行过程中，苏联还在地面通过“月球”-10号的运动进行了两项试验。其一，通过测量“月球”-10号进入月球背面和飞出月球背面时通讯功率水平的变化，测定月球表面附近是否存在薄层气体介质并折射无线电波。其二，通过测量“月球”-10号轨道的自然变化测定月球重力场，由于月球表面的某些区域存在聚质体，这对于未来的月球计划极其重要。
令苏联人骄傲的是，“月球”-10号比美国的“月球轨道器”-1号提前四个半月进入环绕月球飞行轨道，而且在入轨后成功地为第23届苏共代表大会播放了一段《国际歌》。它一共在轨飞行56天，绕月460圈，送回大量的科学信息。 （编辑：张广平）
