在NASA 2026年革命性航空航天系统概念学术联接论坛(RASC-AL)上,来自麻省理工学院(MIT)与卫斯理学院的35名学生组成的三个团队,凭借月球基地关键早期基础设施设计方案斩获五项大奖。此次竞赛共有75份方案参赛,14支团队进入决赛,麻省理工学院的团队不仅包揽了总分第一、第二名,还在三个主题类别中摘得桂冠。
其中,月球综合电力系统探索级方案(ECLIPSE)团队以总分第一的成绩,同时获得月球表面电力主题类别第一名;通信与导航星座团队MELIORA位列总分第二,并拿下火星通信、定位导航与授时主题类别第一名,还提出了月球设计验证策略;CHEESEBURGER团队则凭借将月球风化层转化为氧气、金属和砖块的方案,荣获月球技术演示主题类别第一名。这些成果背后,是超过30名麻省理工学院学生历时一年的努力,他们共同设计了月球基地的核心系统,涵盖发电、储能与配电,可靠的定位、导航与通信,以及利用月球本土资源实现可持续生活的早期技术实验。
月球基地的持续供电是重大挑战,一旦生命保障系统断电,乘员将面临极大危险。ECLIPSE团队提出的月球电网参考设计,可实现99.995%以上的运行时间,每年最坏情况下停机不超过27分钟,达到地球关键数据中心标准。该方案采用双电源互补:在南极阳光照射高地部署20米高太阳能桅杆,同时配备两台深埋式20千瓦微型反应堆CARROT,应对每年约18天的极夜期。CARROT反应堆由团队独立研发,设计理念与NASA为2028年火星任务研发的SR-1反应堆相近,均注重快速部署能力。将反应堆埋入地下1.3米,可缩小安全隔离区范围,减少屏蔽质量,使乘员能在附近作业。完整方案通过埋地铝质电缆和屏蔽直流供电设备组成电网,初期提供120千瓦电力,配备激光装置的月球车还能为电缆无法覆盖的地点输送最高10千瓦电力。
MELIORA团队承担着月球基地的中继与定位功能。尽管竞赛子主题定位于火星,但该团队提出了在月球几何构型下优先验证设计的方案,契合NASA先在月球验证技术再拓展至火星的战略。团队对5764种候选星座几何构型进行综合研究,最终方案从3颗卫星起步,逐步扩展至23颗,通过自由空间光学链路向地球轨道数据网络传输超100兆比特每秒的数据,用户定位精度控制在10米以内。针对火星方案,四颗停驻于引力稳定拉格朗日点的中继卫星可在日月合期间维持通信链路,避免通信中断。火星表面用户只需携带便携式无线终端和芯片级原子钟,这种计时器仅有火柴盒大小。团队成员表示,希望网络像手机信号塔一样“隐形”,将复杂性集中在轨道,让地面设备便携简洁。
在电力和通信之后,月球基地的另一核心支柱是就地取材。月球风化层可提供呼吸用氧、燃料用氧、建造用金属和辐射防护屏障。CHEESEBURGER方案包含五个机器人载荷,形成完整的资源转化流水线:SWISS负责勘探优质矿区,BRIOCHES负责挖掘和筛选风化层,BACON将其浇铸成砖块,GRILLED MEAT通过电加热提取金属和氧气,AVOCADO机器人则将产品堆叠成建筑结构,包括用于辐射防护的互锁月球砖BRICCSS。这些载荷均以厨房食材命名,源于团队的一次外出活动,看似玩笑的命名背后,是每个缩写词都清晰描述了流水线上的单一任务硬件设备。
参与此次项目的30余名学生来自航空航天系、系统设计与管理项目、核科学与工程系等多个院系以及卫斯理学院。多名学生导师和教师顾问同时参与多个团队,使得ECLIPSE的电网容量按CHEESEBURGER的加工作业供电设计,CHEESEBURGER的风化层处理能力也被纳入ECLIPSE电网的埋设与屏蔽方案,三个项目均着眼于将月球基地经验转化为未来火星任务参考。指导教师团队包括奥利维尔·德韦克、克里·卡霍伊、杰弗里·霍夫曼、科鲁什·希尔万和乔治·洛多斯等,日常导师工作多由博士生志愿者承担,依托麻省理工学院太空资源工作坊开展。
RASC-AL项目主管丹尼尔·马扎内克在颁奖公告中表示,获奖团队展示了学术创新对阿尔忒弥斯任务目标的支持,彰显了学生研究在塑造未来空间探索方面的重要作用。NASA预计2030年代初期实现宇航员在月球表面连续驻留数月,ECLIPSE、MELIORA和CHEESEBURGER正是为此设计。这三项研究让NASA在部署首批基础设施前,提前审视电力、通信与资源方面的决策如何相互依存,凸显了综合性架构研究对实际规划的影响力。麻省理工学院在NASA学生设计竞赛中屡获佳绩,近年来还有HYDRATION火星水资源生产系统等多个获奖团队。本研究部分受到NASA、马萨诸塞州太空拨款等支持,其中一名学生获得NASA太空技术研究生研究机会奖学金资助。
针对此次获奖方案,相关团队负责人也解答了一些关键问题。ECLIPSE月球电力系统应对月球极夜,采用双电源互补设计,太阳能桅杆与微型核反应堆CARROT配合,反应堆埋入地下保障安全与高效。MELIORA通信星座保证火星任务期间通信不中断,通过部署于拉格朗日点的中继卫星和地面轻便设备实现。CHEESEBURGER方案将月球风化层转化为可用资源,依靠五个机器人载荷形成的完整流水线,逐一验证供应链各环节后整合为端到端的工业生产系统。
