Посадка на поверхность – сложная операция для межпланетной станции. Первая мягкая посадка на Луну удалась только в 1966 г. («Луна-9»). Многие попытки мягкой посадки на Марс и Венеру были неудачными. В случае Венеры это во многом было связано с экстремальными условиями на планете, что впервые выяснилось с помощью аппаратов серии «Венера».
Запущенная в 1967 г. «Венера-4» передавала информацию на Землю во время спуска в атмосфере, но была разрушена колоссальным давлением. Последующие аппараты создавались с учетом этих данных, и в итоге «Венера-7» в конце 1970 г. смогла совершить посадку и передать информацию с поверхности планеты. «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 г. отправили на Землю первые изображения поверхности, а «Венера-13» и «Венера-14» – первые цветные изображения (а также провели анализ грунта).
Использование роботизированных мобильных исследовательских лабораторий позволяет получать важную научную информацию без необходимости пилотируемых экспедиций.
Еще более сложной задачей является посадка на малые тела – кометы и астероиды. В 2014 г. спускаемому аппарату Philae («Филы»), запущенному на борту космического аппарата Rosetta, удалось совершить посадку на поверхность кометы 67P/Чурюмова – Герасименко и передать оттуда данные. Потенциально такие исследования важны для понимания процессов формирования и эволюции Солнечной системы.
Биохимические лаборатории работали на поверхности Марса.
Основной задачей межпланетных станций является получение новой научной информации о свойствах изучаемых объектов, что может быть достигнуто отправкой сложного лабораторного оборудования. Например, на аппаратах Viking 1 и Viking 2 («Викинг-1, 2»), совершивших посадку на поверхность Марса в 1976 г., была установлена аппаратура для биологических экспериментов и обнаружения живых микроорганизмов на Марсе (результаты оказались отрицательными).
Другой способ существенно расширить информацию о телах Солнечной системы – отправка мобильных установок, способных перемещаться по достаточно большой территории и проводить анализы в разных местах поверхности. Первыми такими аппаратами были «Луноходы» (1970 и 1973 гг.). Среди современных подобных устройств одним из самых успешных является марсоход Opportunity («Благоприятная возможность»). Изначально его программа, начатая в 2004 г., была рассчитана на 90 марсианских дней, однако аппарат продолжает свою работу и в 2017 г. С помощью Opportunity были обнаружены следы существования больших объемов жидкой воды на поверхности Марса в прошлом.
Разумеется, невозможно отправить на космическом аппарате столь же совершенную научную аппаратуру, как установленную в земных лабораториях. Поэтому для решения многих задач идеальным является возврат образцов на Землю. Впервые это удалось сделать в результате пилотируемых полетов на Луну в рамках программы Apollo («Аполлон»). Однако в 1970 г. лунный грунт попал на Землю благодаря работе автоматической станции «Луна-16», а позднее эту операцию повторили «Луна-20» (1972 г.) и «Луна-24» (1976 г.). Получение образцов из разных точек Луны с разными геологическими свойствами позволяет точнее восстановить историю формирования нашего естественного спутника, а также разобраться в его эволюции. В образцах, доставленных на Землю «Луной-24», было обнаружено присутствие воды.