ルナ・オービター4号
観測
最初の画像が1967年5月11日に送られた後、機体は次々と不運な問題に行き当たった。まず、カメラのサーマルドアに関する問題が発生し、開閉に関する司令にうまく応答しなくなった。ドアが閉まったままで観測が行えなくなる恐れから、ドアはあけたままにされることになったが、これによって光の漏れによるカメラの故障を防ぐために軌道のどの位置でも本来なら必要のない姿勢維持操作が要求された。5月13日、光漏れによっていくらかのフィルムがダメージを受けているらしいことが確認され、ドアの部分的な閉鎖が試験された。また、低い温度によって発生した水分の凝縮によるものと考えられるレンズの曇りが発生、その後姿勢の変更によってカメラの温度が上昇すると曇りは解消された。5月20日から映像読み出し機構の動静に関する問題が発生し、これが継続したことから、5月26日には画像の収集ミッションを終えることが決定された。読み出し機構の不調にもかかわらず、すべての画像が読み取られ、送信された。結局1967年の5月11日から26日にかけて写真データが得られ、読み出しは1967年の6月1日まで行われた。この後、次回のルナ・オービター5号計画にむけて軌道データを集めるために軌道は低下させられた。
合計419枚の高解像度画像と、127枚の中解像度画像が得られ、58-134mの解像度によって月面の地球側の99%が撮影された。また、他の装置のデータ収集も十分に行われた。放射線データから、太陽粒子現象によって生成する低エネルギー陽子によって放射線量が増加することも分かった。その後、宇宙機は月面への衝突まで追跡目的に使われた。ルナ・オービター4号は1967年10月31日までに自然に軌道崩壊を起こし月面座標西経22度から30度の位置に墜落した。