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月球距离地球38万公里，一个往返就是72万公里，这可比往返空间站，或者运送卫星进入地球同步轨道什么的，远多了，原有的能源方案就有些不够用了。为了提升续航能力，登月版空天飞机内并联安装了三个方舟反应炉，用于供应反重力引擎、维生设施和各种仪器的电能消耗，添加一次燃料，理论上可以供应空天飞机往返月球五次以上。登月版空天飞机内部划分为三个舱室，分别是驾驶舱、乘员舱和货运仓。驾驶舱可以坐两人，分别是正副驾驶位，乘员舱可以坐三人，内部有壁挂式睡袋和卫生间提供，可以满足航天员短时间生活需求。驾驶舱和乘员舱都是加压舱室，中间有舱门连接，方便航天员轮流值班、休息。在乘员舱舱外面，安装有一个独立气闸舱和一个带伸缩舷梯的舱门，到达月球之后，方便航天员进出空天飞机。货运仓是非加压舱室，但是空间巨大，整个舱门可以向后方开启，落到月面上形成一个斜坡，可以方便物资运输，也可以供月球车行驶之用。
试飞前三天，登月版空天飞机，进行了多次滑跑测试，垂直升降测试，载货测试。确保没有问题之后，逐步展开低空飞行测试，高空飞行测试，出入大气层测试，长时间太空驻留测试。
半个月后，由嫦娥号空天飞机，执行了第一次奔月测试。此次奔月，没有航天员参与，全程依靠智能程序和远程遥控完成，旨在熟悉登月飞行线路，验证登月版空天飞机的飞行性能和续航能力，为后续正式登月，做准备。测试伊始，嫦娥号空天飞机，搭载假人和模拟载荷从瑞达航天城起飞，历经一个小时的飞行，进入到太空，而后绕地球半圈，进入到地月转移轨道，引擎推力拉满，直奔月球而去。历经23个小时的长途飞行之后，嫦娥号空天飞机，顺利到达月球附近，而后调整飞行姿态，开启主引擎，进行了半个小时的反推减速，成功进入到了环月轨道。接下来的两天，嫦娥号空天飞机，一直在月球附近活动，进行了几次变轨测试，释放了几颗用于月面精确定位和通信的环月小卫星。完成任务之后，又用了一天时间返航，成功降落在了瑞达航天城。为人确保万无一失，相同的无人奔月测试，先后进行了三次，嫦娥号和奔月号先后远征月球，测试取得了完美成功。之后又进行了一次有人奔月测试，派了三名航天员上去，以测试维生系统、通信系统和各种生活设施、此项测试同样取得了圆满成功。
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