Die am 08.11.1968 mit einer Delta-​E1  von Cape Canaveral gestartete Sonde Pioneer 9 (Pioneer-​D) bildete den Abschluß einer Serie von vier weitgehend baugleichen Raumsonden, die zwischen 1965 und 1968 gestartet wurden (der Start eines fünften Exemplars schlug am 27.08.1969 fehl). Dabei wurde die heliozentrische Bahn von Pioneer 9 so gewählt, daß sie noch innerhalb der Erdbahn verlief. Damit konnte die Sonde Vergleichsdaten zu den anderen drei ähnlich instrumentierten Pioneer-​Sonden liefern, diente aber vor allem auch als Frühwarnplattform bei eventuellen Strahlungsausbrüchen während bemannter Apollo-​Missionen. Gegenüber den Vorgängermodellen verfügte Pioneer 9 erstmals über ein verbessertes Kodierungssystem für die Meßdaten, wodurch sich die Übertragungsrate verdoppeln ließ bei gleichzeitig geringerer Fehlerwahrscheinlichkeit. Neu eingeführte UV-​Filter lösten auch endlich das Alterungsproblem der Sonnensensoren, welches frühere Missionen beeinträchtigt hatte. Die gewählte Umlaufbahn um die Sonne setzte Pioneer 9 besonders intensiver Sonneneinstrahlung auf, was zu einer stärkeren Aufheizung der Solarzellen führte. Spezielle Maßnahmen mußten getroffen werden, um z.B. die Zerstörung der Pufferbatterie zu vermeiden. Vor allem dank Verbesserungen bei den DSS Bodenstationen konnten im Laufe der Mission neue Rekordwerte bei der Langstreckenkommunikation aufgestellt werden. Letztmalig bestand 1983 Kontakt zu Pioneer 9.
Gemeinsam mit Pioneer 9 wurde der kleine Sub-​Satellit TTS 2 (auch TATS 2 oder TETR 2) gestartet. Im Parkorbit um die Erde vor dem Wiederstart der Delta-​Triebwerke wurde TTS 2 aus seinem Transportbehälter an der zweiten Raketenstufe ausgestoßen. Der Satellit, eine Adaption der ERS Satelliten der USAF, diente dem Test des für das Apollo-​Programm aufgebauten weltweiten Tracking– und Kommunikationsnetzes. Dazu verfügte der Satellit über eine S-​Band-​Antenne und zwei VHF-​Antennen des Bahnverfolgungssystems. Die Energieversorgung des magnetfeld-​stabilisierten Satelliten erfolgte über jeweils 111 Solarzellen auf jeder der Satellitenflächen. Mit dem S-​Band-​Transponder konnten Sprechfunk– und Telemetrieübertragungen simuliert sowie Entfernungsmessungen vorgenommen werden. Neben Tests der Bodeninstallationen diente der Satellit somit auch dem Training der Mannschaften des Manned Space Flight Network.