Предыстория полета «Луны-16».
После аварийной посадки станции «Луна-15» советские инженеры предприняли три новые попытки отправить к Луне аппарат для доставки грунта.
Первый из них стартовал 23 сентября 1969 года. Ракета-носитель «Протон-К» вывела станцию на опорную орбиту, но затем случилась нештатная ситуация. Из-за незакрывшегося разделительного клапана из бака блока Д началась утечка окислителя. Система управления пыталась парировать возникшее возмущение, но полностью израсходовала рабочее тело. Второй запуск двигателя для перехода на лунную траекторию стал невозможен. Получивший название «Космос-3» аппарат был отстыкован от блока Д и по команде с Земли на 67-м витке затоплен в Тихом океане.
Следующая попытка в октябре 1969 года также завершилась неудачей. После старта из-за сбоя в радиокомплексе головной блок развернулся с большой ошибкой. В результате второе включение двигательной установки прошло в неверной ориентации. Станция вместе с разгонным блоком сгорела в атмосфере над Тихим океаном.
Очередной запуск 6 февраля 1970 года прервался на этапе работы ракеты-носителя. На второй ступени отказал датчик давления в камере сгорания одного из двигателей. Это вызвало команду на их аварийное отключение, и миссия была потеряна.