Автоматическая станция «Луна-15» была запущена с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя «Протон-К» 13 июля 1969 года. Была выведен на промежуточную околоземную орбиту, откуда стартовала к Луне.
Комплекс «Луна-15» был предназначен для первой в мире доставки на Землю образцов лунного грунта — раньше «Аполлона-11», который стартовал только 16 июля.
На трассе перелёта к Луне 14 июля была проведена коррекция траектории. 17 июля была включена двигательная установка над обратной стороной Луны для уменьшения скорости движения, в результате чего станция «Луна-15» перешла на окололунную орбиту. После проведения двух коррекций (19 и 20 июля) была сформирована орбита посадки: высота в апоселении — 110 км, высота в периселении — 16 км, наклонение 127°, период орбиты — 1 час 54 минуты.
Автоматический космический комплекс по доставке грунта с Луны состоял из посадочной платформы, возвратной ракеты и спускаемого аппарата.
21 июля 1969 года в 18 часов 46 минут 43 секунды была включена двигательная установка для схода с орбиты. Первый этап снижения с помощью двигателя большой тяги должен был завершиться через 267,3 секунды после включения на высоте ~2,5 км. Однако сигнал с космического аппарата внезапно пропал на 237-й секунде снижения в 18 часов 50 минут 40 секунд, причём параметры бортовых систем аппарата на момент пропадания сигнала были в норме.
Вероятной причиной аварии мог быть удар станции «Луна-15» о гору. Это возможно, если допустить ошибку в положении КА на момент прохождения команды запуска двигателя в сторону от трассы на ~15 км и вдоль трассы на ~45 км. Программа полёта станции «Луна-15» не была выполнена, но, тем не менее, это была очень значимая попытка. «Луна-16» была полностью идентична предшественнице и смогла привезти реголит на Землю первой из роботов. Именно неудача «Луны-15» позволила в будущем более точно просчитывать траектории полёта автоматических космических аппаратов до Луны.
По материалам НПО им. Лавочкина