由麻省理工學院（MIT）八個不同院系及衛斯理學院共35名學生組成的三支團隊，自2025年秋季起便開始著手設計月球基地所需的關鍵早期基礎設施。今年6月，他們的設計方案在NASA 2026年革命性航空航天系統概念學術聯接論壇（RASC-AL）上榮獲五項大獎。
在75份參賽方案和14支決賽團隊中，麻省理工學院的團隊分獲競賽第一、第二名，並斬獲三項主題最佳獎。月球綜合電力系統探索級方案（ECLIPSE）團隊榮獲總分第一名及月球表面電力主題類別第一名；通信與導航星座團隊MELIORA
榮獲總分第二名及火星通信、定位導航與授時主題類別第一名，該方案還提出了在月球上驗證設計的策略；CHEESEBURGER團隊則憑藉將月球風化層開採加工為氧氣、金屬和磚塊的方案，榮獲月球技術演示主題類別第一名。
"NASA在今春向全世界宣布了即將建設的永久性月球基地所需的關鍵早期基礎設施。"航空航天系及系統設計與管理系研究科學家兼講師、三支團隊的聯合指導教師喬治·洛多斯表示，"超過30名麻省理工學院的學生在這學年裡共同設計了月球基地的諸多核心系統——包括發電、儲能與配電系統，可靠的定位、導航與通信系統，以及利用月球本土資源實現可持續生活的早期技術實驗。"
應對月夜與月冬的電力網路
NASA月球基地面臨的最大挑戰是持續供電，一旦生命保障系統斷電，乘員將在數小時內陷入危境。ECLIPSE提供了一套月球電網參考設計，可實現99.995%以上的運行時間——在最壞情況下，每年停機時間不超過27分鐘，達到地球上最關鍵數據中心所要求的標準。該方案結合了兩種互補的電力來源：部署於南極附近陽光照射高地的一組20米高太陽能桅杆，以及在每年約18天太陽落至地平線以下期間提供電力的兩台深埋式20千瓦微型反應堆，團隊將其命名為CARROT（緊湊型自主風化層隱藏反應堆，設計運行壽命十年）。CARROT反應堆是由ECLIPSE團隊獨立研發的全新設計，與NASA為2028年火星任務研發的SR-1反應堆設計理念相近，兩者均著重優化快速部署能力。
"將每台反應堆埋入地下1.3米深，可將安全隔離區從數公里縮減至數米，乘員得以在附近作業，同時大幅減少所需隱藏質量。"核科學與工程系博士生、ECLIPSE團隊聯合負責人泰勒·漢普森介紹說。
完整設計方案通過埋地鋁質電纜和隱藏直流供電設備組成的電網，初期可提供120千瓦電力。配備雷射裝置的月球車還可提供"前沿電力"功能，向任何電纜無法覆蓋的地點輸送最高10千瓦電力，從陰影隕石坑到尚未建立自身電網的新前哨站均可受益。航空航天系研究生、ECLIPSE團隊聯合負責人派屈克·萊利表示："我們的設計理念是將可靠性置於質量之上。方案經過精心設計，確保最可能發生的故障不會影響月球基地的住戶，並可在不中斷商業月球經濟運轉的前提下，從最初六人規模擴展至工業級需求。"
用於探索月球與火星並保持通信的網路
MELIORA承擔月球基地的中繼與定位功能。儘管RASC-AL將通信、定位導航與授時競賽子主題定位於火星，該團隊還是提出了一套在月球幾何構型下優先驗證設計的方案，契合了NASA先在月球上驗證技術、再將其拓展至火星的總體戰略。為尋求最優設計，團隊對5764種候選星座幾何構型進行了綜合權衡研究。最終方案從最初3顆衛星起步，逐步擴展至23顆，通過自由空間光學鏈路向地球軌道數據網路傳輸超過100兆比特每秒的數據，並可將用戶定位精度控制在10米以內。針對火星方案，四顆停駐於引力穩定拉格朗日點的中繼衛星可在日月合的數周期間維持通信鏈路，避免因太陽居於兩個世界之間而造成通信中斷。在火星表面，用戶只需攜帶一台便攜式無線終端和一枚晶片級原子鐘——這種計時器僅有火柴盒大小。
"你不應該去想網路是否存在，它就在那裡——就像你不會去想手機信號塔一樣。"AeroAstro及電氣工程與電腦科學雙專業大學生、MELIORA團隊聯合負責人葉卡捷琳娜·秋赫季科娃說道。"我們將幾乎所有的複雜性都集中在軌道上，這樣地面上的一切設備都能保持便攜和簡潔。"系統設計與管理項目畢業生、以MELIORA為主題撰寫論文的團隊聯合負責人克萊頓·利伯曼補充說。
從月球塵土中提取氧氣、金屬和磚塊
在電力和通信之後，月球基地的第三大核心支柱是就地取材。月球本土風化層可提供呼吸用氧和燃料用氧、建造用金屬，以及抵禦致命輻射的防護屏障。CHEESEBURGER方案包含五個機器人載荷，逐一驗證供應鏈的每個環節，最終將五者整合為首個完整的月球工業生產系統。
這些載荷均取名於廚房食材：SWISS負責勘探最富礦區，BRIOCHES負責挖掘和篩選風化層，BACON負責將其澆鑄成磚塊，GRILLED MEAT通過電加熱熔化風化層以提取金屬和氧氣，AVOCADO則是負責將產品堆疊成結構件的機器人建造者，包括可為居住艙提供輻射防護的互鎖月球BRICCSS。這一飲食主題源於團隊1月在馬薩諸塞州三明治鎮舉行的外出活動。"把勘探器命名為SWISS，把金屬提取器命名為GRILLED MEAT，將滿眼縮寫詞變成了整個團隊都能感同身受的東西。"航空航天系研究生、CHEESEBURGER聯合負責人塞薩爾·梅薩表示，"聽起來像玩笑，但當你看到每個縮寫詞都清晰描述了流水線上一套執行單一任務的嚴肅硬體設備時，就不會這麼想了。"
三十餘名學生、八個院系，共同設計一座月球基地
三支團隊共有30餘名學生參與，分別來自航空航天系、系統設計與管理項目、核科學與工程系、電氣工程與電腦科學系、機械工程系、技術與政策項目、麻省理工學院斯隆管理學院、地球大氣與行星科學系，以及衛斯理學院。多名學生導師和教師顧問同時參與了多個團隊，正因如此，ECLIPSE的電網容量已按照為CHEESEBURGER的加工作業供電來設計，CHEESEBURGER的風化層處理能力也被納入ECLIPSE電網的埋設與隱藏方案，三個項目均著眼於將月球基地經驗轉化為未來火星任務的參考。三支團隊的指導教師分別為：奧利維爾·德韋克，阿波羅計劃宇航學與工程系統教授、航空航天系臨時系主任，負責指導ECLIPSE；克里·卡霍伊，航空航天工程希拉·伊凡·維德納爾教授，負責指導MELIORA；傑弗里·霍夫曼，航空航天系實踐教授、前NASA宇航員，負責指導CHEESEBURGER；科魯什·希爾萬，核科學與工程系大西洋里奇菲爾德能源研究職業發展教授，聯合指導ECLIPSE；以及喬治·洛多斯，聯合指導全部三支團隊。日常導師工作大部分由博士生志願者承擔，依託洛多斯於2019年創立的麻省理工學院太空資源工作坊開展。
"獲獎團隊展示了學術創新如何支持阿爾忒彌斯任務目標。"RASC-AL項目主管、NASA蘭利研究中心高級空間系統工程師丹尼爾·馬扎內克在NASA的頒獎公告中表示，"他們的工作彰顯了學生研究在塑造未來空間探索方面的重要作用。"
NASA預計在2030年代初期實現宇航員在月球表面連續駐留數月，ECLIPSE、MELIORA和CHEESEBURGER正是為這一時間窗口而設計的。三支團隊共同描繪了一幅統一的願景：一支駐紮在月球南極的乘員隊伍，在漫漫月夜中燈火通明，網路時刻在線，腳下的土地中源源不斷地湧出第一批氧氣和磚塊。
"永久基地不再只是戰略演示文稿上的一張幻燈片，NASA將於2027年開始部署首批基礎設施。"德韋克說，"正是在混凝土澆築之前，這三項研究讓NASA得以提前審視電力、通信與資源方面的決策如何相互依存。這正是獨立的、綜合性架構研究對實際規劃最具影響力的時刻。"
RASC-AL由美國國家航空航天學會代表NASA管理運營。麻省理工學院在NASA學生設計競賽中擁有悠久的獲獎記錄，近年來獲獎團隊包括HYDRATION火星水資源生產系統、"暗淡紅點"火星定居架構、可部署月球塔MELLTT、MARTEMIS月球火星類比任務、MAPLE自主月球機器人路徑規劃系統、CERBERUZ月球回收項目，以及THERMOS低溫流體管理系統。本研究部分受到NASA、馬薩諸塞州太空撥款、麻省理工學院航空航天系及麻省理工學院太空資源工作坊的支持，其中一名學生獲得NASA太空技術研究生研究機會獎學金資助。
Q&A
Q1：ECLIPSE月球電力系統是如何應對月球極夜的？
A：ECLIPSE採用雙電源互補設計：在月球南極附近陽光照射的高地部署20米高太陽能桅杆陣列，並配備兩台深埋式20千瓦微型核反應堆CARROT，專門應對每年約18天太陽落至地平線以下的極夜期。反應堆埋入地下1.3米，既可縮小隔離區範圍，又能減少隱藏質量，整體系統可實現99.995%以上的運行時間，每年最壞情況下停機不超過27分鐘。
Q2：MELIORA通信星座如何保證火星任務期間的通信不中斷？
A：MELIORA在火星方案中，將四顆中繼衛星部署於引力穩定的拉格朗日點，即便在日月合期間——太陽位於地球與火星之間、通常會導致通信中斷的數周內——也能維持通信鏈路暢通。地面用戶僅需一台便攜式無線終端和一枚晶片級原子鐘即可接入網路，所有複雜設備均集中在軌道端，確保地面裝備輕便簡潔。
Q3：CHEESEBURGER方案如何將月球風化層轉化為可用資源？
A：CHEESEBURGER包含五個機器人載荷，形成完整的資源轉化流水線：SWISS負責勘探優質礦區，BRIOCHES負責挖掘和篩選風化層，BACON將其澆鑄成磚塊，GRILLED MEAT通過電加熱提取金屬和氧氣，AVOCADO機器人則負責將產品堆疊成建築結構，包括用於輻射防護的互鎖月球磚BRICCSS。五個載荷逐一驗證供應鏈各環節後，最終整合為首套端到端的月球工業生產系統。
