麻省理工学院学生团队在NASA竞赛中摘得多项大奖

由麻省理工学院（MIT）八个不同院系及卫斯理学院共35名学生组成的三支团队，自2025年秋季起便开始着手设计月球基地所需的关键早期基础设施。今年6月，他们的设计方案在NASA 2026年革命性航空航天系统概念学术联接论坛（RASC-AL）上荣获五项大奖。

在75份参赛方案和14支决赛团队中，麻省理工学院的团队分获竞赛第一、第二名，并斩获三项主题最佳奖。月球综合电力系统探索级方案（ECLIPSE）团队荣获总分第一名及月球表面电力主题类别第一名；通信与导航星座团队MELIORA荣获总分第二名及火星通信、定位导航与授时主题类别第一名，该方案还提出了在月球上验证设计的策略；CHEESEBURGER团队则凭借将月球风化层开采加工为氧气、金属和砖块的方案，荣获月球技术演示主题类别第一名。

"NASA在今春向全世界宣布了即将建设的永久性月球基地所需的关键早期基础设施。"航空航天系及系统设计与管理系研究科学家兼讲师、三支团队的联合指导教师乔治·洛多斯表示，"超过30名麻省理工学院的学生在这学年里共同设计了月球基地的诸多核心系统——包括发电、储能与配电系统，可靠的定位、导航与通信系统，以及利用月球本土资源实现可持续生活的早期技术实验。"

应对月夜与月冬的电力网络

NASA月球基地面临的最大挑战是持续供电，一旦生命保障系统断电，乘员将在数小时内陷入危境。ECLIPSE提供了一套月球电网参考设计，可实现99.995%以上的运行时间——在最坏情况下，每年停机时间不超过27分钟，达到地球上最关键数据中心所要求的标准。该方案结合了两种互补的电力来源：部署于南极附近阳光照射高地的一组20米高太阳能桅杆，以及在每年约18天太阳落至地平线以下期间提供电力的两台深埋式20千瓦微型反应堆，团队将其命名为CARROT（紧凑型自主风化层屏蔽反应堆，设计运行寿命十年）。CARROT反应堆是由ECLIPSE团队独立研发的全新设计，与NASA为2028年火星任务研发的SR-1反应堆设计理念相近，两者均着重优化快速部署能力。

"将每台反应堆埋入地下1.3米深，可将安全隔离区从数公里缩减至数米，乘员得以在附近作业，同时大幅减少所需屏蔽质量。"核科学与工程系博士生、ECLIPSE团队联合负责人泰勒·汉普森介绍说。

完整设计方案通过埋地铝质电缆和屏蔽直流供电设备组成的电网，初期可提供120千瓦电力。配备激光装置的月球车还可提供"前沿电力"功能，向任何电缆无法覆盖的地点输送最高10千瓦电力，从阴影陨石坑到尚未建立自身电网的新前哨站均可受益。航空航天系研究生、ECLIPSE团队联合负责人帕特里克·莱利表示："我们的设计理念是将可靠性置于质量之上。方案经过精心设计，确保最可能发生的故障不会影响月球基地的住户，并可在不中断商业月球经济运转的前提下，从最初六人规模扩展至工业级需求。"

用于探索月球与火星并保持通信的网络

MELIORA承担月球基地的中继与定位功能。尽管RASC-AL将通信、定位导航与授时竞赛子主题定位于火星，该团队还是提出了一套在月球几何构型下优先验证设计的方案，契合了NASA先在月球上验证技术、再将其拓展至火星的总体战略。为寻求最优设计，团队对5764种候选星座几何构型进行了综合权衡研究。最终方案从最初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过100兆比特每秒的数据，并可将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的数周期间维持通信链路，避免因太阳居于两个世界之间而造成通信中断。在火星表面，用户只需携带一台便携式无线终端和一枚芯片级原子钟——这种计时器仅有火柴盒大小。

"你不应该去想网络是否存在，它就在那里——就像你不会去想手机信号塔一样。"AeroAstro及电气工程与计算机科学双专业本科生、MELIORA团队联合负责人叶卡捷琳娜·秋赫季科娃说道。"我们将几乎所有的复杂性都集中在轨道上，这样地面上的一切设备都能保持便携和简洁。"系统设计与管理项目毕业生、以MELIORA为主题撰写论文的团队联合负责人克莱顿·利伯曼补充说。

从月球尘土中提取氧气、金属和砖块

在电力和通信之后，月球基地的第三大核心支柱是就地取材。月球本土风化层可提供呼吸用氧和燃料用氧、建造用金属，以及抵御致命辐射的防护屏障。CHEESEBURGER方案包含五个机器人载荷，逐一验证供应链的每个环节，最终将五者整合为首个完整的月球工业生产系统。

这些载荷均取名于厨房食材：SWISS负责勘探最富矿区，BRIOCHES负责挖掘和筛选风化层，BACON负责将其浇铸成砖块，GRILLED MEAT通过电加热熔化风化层以提取金属和氧气，AVOCADO则是负责将产品堆叠成结构件的机器人建造者，包括可为居住舱提供辐射防护的互锁月球BRICCSS。这一饮食主题源于团队1月在马萨诸塞州三明治镇举行的外出活动。"把勘探器命名为SWISS，把金属提取器命名为GRILLED MEAT，将满眼缩写词变成了整个团队都能感同身受的东西。"航空航天系研究生、CHEESEBURGER联合负责人塞萨尔·梅萨表示，"听起来像玩笑，但当你看到每个缩写词都清晰描述了流水线上一套执行单一任务的严肃硬件设备时，就不会这么想了。"

三十余名学生、八个院系，共同设计一座月球基地

三支团队共有30余名学生参与，分别来自航空航天系、系统设计与管理项目、核科学与工程系、电气工程与计算机科学系、机械工程系、技术与政策项目、麻省理工学院斯隆管理学院、地球大气与行星科学系，以及卫斯理学院。多名学生导师和教师顾问同时参与了多个团队，正因如此，ECLIPSE的电网容量已按照为CHEESEBURGER的加工作业供电来设计，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的参考。三支团队的指导教师分别为：奥利维尔·德韦克，阿波罗计划宇航学与工程系统教授、航空航天系临时系主任，负责指导ECLIPSE；克里·卡霍伊，航空航天工程希拉·埃文斯·维德纳尔教授，负责指导MELIORA；杰弗里·霍夫曼，航空航天系实践教授、前NASA宇航员，负责指导CHEESEBURGER；科鲁什·希尔万，核科学与工程系大西洋里奇菲尔德能源研究职业发展教授，联合指导ECLIPSE；以及乔治·洛多斯，联合指导全部三支团队。日常导师工作大部分由博士生志愿者承担，依托洛多斯于2019年创立的麻省理工学院太空资源工作坊开展。

"获奖团队展示了学术创新如何支持阿尔忒弥斯任务目标。"RASC-AL项目主管、NASA兰利研究中心高级空间系统工程师丹尼尔·马扎内克在NASA的颁奖公告中表示，"他们的工作彰显了学生研究在塑造未来空间探索方面的重要作用。"

NASA预计在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正是为这一时间窗口而设计的。三支团队共同描绘了一幅统一的愿景：一支驻扎在月球南极的乘员队伍，在漫漫月夜中灯火通明，网络时刻在线，脚下的土地中源源不断地涌出第一批氧气和砖块。

"永久基地不再只是战略演示文稿上的一张幻灯片，NASA将于2027年开始部署首批基础设施。"德韦克说，"正是在混凝土浇筑之前，这三项研究让NASA得以提前审视电力、通信与资源方面的决策如何相互依存。这正是独立的、综合性架构研究对实际规划最具影响力的时刻。"

RASC-AL由美国国家航空航天学会代表NASA管理运营。麻省理工学院在NASA学生设计竞赛中拥有悠久的获奖记录，近年来获奖团队包括HYDRATION火星水资源生产系统、"暗淡红点"火星定居架构、可部署月球塔MELLTT、MARTEMIS月球火星类比任务、MAPLE自主月球机器人路径规划系统、CERBERUZ月球回收项目，以及THERMOS低温流体管理系统。本研究部分受到NASA、马萨诸塞州太空拨款、麻省理工学院航空航天系及麻省理工学院太空资源工作坊的支持，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。

Q&A

Q1：ECLIPSE月球电力系统是如何应对月球极夜的？

A：ECLIPSE采用双电源互补设计：在月球南极附近阳光照射的高地部署20米高太阳能桅杆阵列，并配备两台深埋式20千瓦微型核反应堆CARROT，专门应对每年约18天太阳落至地平线以下的极夜期。反应堆埋入地下1.3米，既可缩小隔离区范围，又能减少屏蔽质量，整体系统可实现99.995%以上的运行时间，每年最坏情况下停机不超过27分钟。

Q2：MELIORA通信星座如何保证火星任务期间的通信不中断？

A：MELIORA在火星方案中，将四颗中继卫星部署于引力稳定的拉格朗日点，即便在日月合期间——太阳位于地球与火星之间、通常会导致通信中断的数周内——也能维持通信链路畅通。地面用户仅需一台便携式无线终端和一枚芯片级原子钟即可接入网络，所有复杂设备均集中在轨道端，确保地面装备轻便简洁。

Q3：CHEESEBURGER方案如何将月球风化层转化为可用资源？

A：CHEESEBURGER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机器人则负责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。五个载荷逐一验证供应链各环节后，最终整合为首套端到端的月球工业生产系统。