Зонд LRO был запущен к Луне 18 июня 2009 года вместе с аппаратом Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS). В рамках миссии, изначально рассчитанной на один год, планировалось, в частности, построить трехмерную карту поверхности спутника Земли. Аппарат вышел на орбиту Луны 23 июня, после четырех с половиной дней пути.
«Впервые вышел на орбиту Луны в этот день год назад! Надеюсь провести там еще много лет», - говорится в микроблоге проекта в твиттере, который ведется от имени космического аппарата.
Аппарат оснащен различным оборудованием для всестороннего исследования Луны. В частности, альтиметр LOLA используется для построения точной топографической модели небесного тела, а нейтронный детектор LEND российского производства - для обнаружения на нем водяного льда.
Данные LEND, обнародованные в сентябре 2009 года, показали, что исходные представления ученых о расположении зон водяного льда на поверхности Луны были несколько наивными. Как пояснял руководитель эксперимента Игорь Митрофанов, лед ожидали найти в постоянно затененных кратерах, своеобразных «маленьких антарктидах».
Однако по информации, полученной с LRO, границы областей с высоким содержанием водорода, а значит, и с высоким содержанием воды, не совпадают с постоянно затененными областями.
Детектор LEND также выбрал место для финальной стадии проекта LCROSS: в начале октября в кратер Кабеус А врезалась ракета-носитель зонда, а затем, собрав информацию о поднятом ей пылевом облаке, и сам LCROSS. Анализ полученных с зонда данных показал, что в кратере имеются значительные запасы воды.
Кроме того, зонд LRO активно фотографирует спутник Земли: камера LROC на борту зонда передала на Землю снимки американских посадочных аппаратов серий Ranger и Surveyor, советских аппаратов серии «Луна», а также кратера, который образовался в результате эксперимента по сбросу разгонной ступени Saturn во время лунной экспедиции «Аполлона-14».
Громким событием, связанным с аппаратом, стало обнаружение советского «Лунохода-2»: в марте 2010 года профессор Фил Стоок из канадского Университета Западного Онтарио, используя снимки LROC, обнаружил точное местоположение доставленного на спутник Земли в 1973 году советского лунохода, который якобы не удавалось найти в течение 37 лет.
Российские ученые, однако, возразили, что никогда не «теряли» аппарат и очень довольны точностью, с которой им удалось в свое время определить координаты аппарата. Позже один из участников программы луноходов, заведующий лабораторией сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского (ГЕОХИ) Александр Базилевский показал, что канадец неверно определил положение аппарата, приняв за «Луноход-2» место около кратера, в который луноход заехал и с некоторым трудом выехал.
LRO также помог астрономам впервые с 1971 года повторить интересный эксперимент с «Луноходом-1»: ученые отыскали луноход на снимках LROC и «нащупали» уголковый отражатель советского аппарата лазерным лучом, посланным через 3,5-метровый телескоп обсерватории «Апач-пойнт» в Нью-Мексико.
Эксперимент увенчался успехом 22 апреля 2010 года, когда им удалось получить около 2 тысяч фотонов, отраженных «Луноходом». Как отмечают ученые, это поможет еще раз проверить общую теорию относительности, а также уточнить положение лунного ядра.