Im Rahmen des Discovery Programms hatte die NASA als dritte Mission die Lunar Prospector Mission zum Mond ausgewählt. Bei der Umsetzung des Projekts setzte die NASA wieder auf das „schneller, besser, billiger“ Konzept. Dementsprechend wurde eine Sonde gebaut, die mit nur wenigen Instrumenten bestückt war und aufgrund des geringen Gewichts sogar mit einer so leichten Rakete wie der Athena gestartet werden konnte. Der Start, ursprünglich für den Sommer 1997 geplant, wurde zunächst auf Ende September/Anfang Oktober 1997 verschoben, um den dann in der Anfangsphase der Mission herrschenden besseren Sonnenstand ausnutzen zu können. Im September zeigte sich aber, daß man auch zur Qualifikation und Abnahme der neuen Raketenversion mehr Zeit benötigen würde. Und so verschob sich der Starttermin auf den 23.11.1997 und schließlich den 05.01.1998 (Ortszeit). Am 07.01.1998 war es dann wirklich soweit, nachdem am Vortag der Ausfall eines Bahnverfolgungsradars für einen letzten Aufschub gesorgt hatte. Bei ihrem Jungfernflug beförderte die dreistufige Athena II vom Spaceport Florida (einem privatisierten Gelände der CCAFS) den Lunar Prospector zunächst auf eine Parkbahn um die Erde, aus der heraus die Star 37XFP Kickstufe die Sonde nach einem halben Erdumlauf auf eine Bahn zum Mond beschleunigte. Nach einem 105-​stündigen Transferflug erreichte die Sonde am 11.01.1998 den Mond und schwenkte dort in einen Orbit ein. Zwei weitere Triebwerkszündungen und einige Feinkorrekturen führten schließlich am 15.01.1998 zu der gewünschten 99×100 km Bahn. Abgesehen von der militärischen „Clementine“ Mission war dies die erste Mission zum Mond nach 25-​jähriger Pause. Die Sonde verfügte über ein Gamma Ray Spectrometer, ein Magnetometer, ein Electron Reflectometer, ein Neutron Spectrometer, ein Alpha Particle Spectrometer und ein Doppler Gravity Experiment. Mindestens ein Jahr lang hoffte die NASA Informationen aus dem Mondorbit zu sammeln. Zu den bedeutendsten Ergebnissen der schließlich mehr als anderthalbjährigen Mission zählte der relativ eindeutige Nachweis von Wassereis auf dem Mond durch das Neutronenspektrometer. Aus den Messungen leiteten die Wissenschaftler ab, daß bis zu vier Milliarden Tonnen Wasser in der Region um den Mondnordpol im Gestein gebunden vorlagen, während die Vorkommen am Südpol auf etwa die Hälfte geschätzt wurden. Die Menge des Wassers wurde aber immer wieder neu berechnet und schließlich mit eher 60 Millionen Tonnen angenommen. Ungewiß blieb vor allem, wieviel des nachgewiesenen Wasserstoffs sich tatsächlich mit Sauerstoff zu Wasser verbunden hatte. Ein weiteres bedeutsames Ergebnis der Mission war auch die globale Kartierung des lunaren Magnetfelds. Sogenannte Mascons (Mass Concentrations), lokale Abweichungen von der durchschnittlichen Dichte des umgebenden Mondgesteins, haben erheblichen Einfluß auf die Bahn aller Mondsatelliten. Eine genaue Vermessung der Schwerefelds hatte daher große Bedeutung für die Planung zukünftiger Missionen. Als Ende 1998 die Treibstoffvorräte aufgrund der immer wieder erforderlichen Bahnkorrekturen bedrohlich geschrumpft waren, ließ man die Bahn absinken, was als Nebeneffekt die Meßempfindlichkeit der meisten Instrumente verbesserte. Ende Januar 1999 bewegte sich der Lunar Prospector auf einer Bahn zwischen 17 und 43 km über der Mondoberfläche, die man mit dem verbliebenen Treibstoff bestmöglich stabilisierte. Als nach achtzehn Monaten der Treibstoff für die Lageregelung und die Bahnkorrekturen endgültig aufgebraucht war, wurde ein letztes Experiment eingeleitet. Gezielt brachte man am 31.07.1999 die Sonde in einem (damals noch namenlosen) Krater nahe des Mondsüdpols zum Absturz. Dabei hoffte man, daß neben Gestein auch Eiskristalle durch den Aufschlag aufgewirbelt werden würden, die dann mit Teleskopen gegen den schwarzen Hintergrund des Weltalls aufzunehmen gewesen wären. Zwanzig Observatorien auf der Erde sowie das HST beobachteten den Aufprall, konnten aber den erhofften Wassernachweis nicht führen. Beim Aufprall auf dem Mond erreichte auch eine winzige Kapsel ihr Ziel. Sie erhielt die Asche des 1997 tödlich verunglückten Astronomen Eugene M. Shoemaker, eines der weltweit führenden Planetologen. Der bis dahin lediglich informell nach dem australischen Geologen Sir Douglas Mawson benannte Krater erhielt nach den Ereignissen von der IAU ebenfalls die offizielle Bezeichnung „Shoemaker“.