تعمل ثلاثة فرق تضم 35 طالبًا عبر ثمانية أقسام مختلفة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وكلية ويليسلي منذ خريف عام 2025، على تصميم عناصر البنية التحتية المبكرة المهمة التي تتطلبها القاعدة القمرية. في شهر يونيو من هذا العام، تم تكريم تصميماتهم بخمس جوائز في منتدى ناسا لمفاهيم أنظمة الفضاء الجوية الثورية لعام 2026 – منتدى الارتباط الأكاديمي (RASC-AL).
ومن بين 75 مشاركة و14 متأهلاً للتصفيات النهائية، حصلت فرق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على المركزين الأول والثاني في المسابقة، بالإضافة إلى ثلاث جوائز الأفضل في الموضوع. فاز فريق نظام الطاقة القمرية المتكامل من فئة الاستكشاف (ECLIPSE) بالمركز الأول بشكل عام والأول في فئته الرئيسية، وهي الطاقة السطحية للقمر. وحصل فريق كوكبة الاتصالات والملاحة MELIORA على المركز الثاني إجمالاً والأول في فئته الخاصة باتصالات المريخ وملاحة الموقع والتوقيت، والتي تضمنت استراتيجية لإثبات التصميم على القمر. وفازت حملة تشيز برجر، وهي حملة لاستخراج ومعالجة الثرى القمري وتحويله إلى أكسجين ومعادن وطوب، بالمركز الأول في فئتها الرئيسية، وهي عروض التكنولوجيا القمرية.
يقول جورج لوردوس، عالم الأبحاث والمحاضر في قسم الطيران والملاحة الفضائية (AeroAstro) وفي تصميم وإدارة الأنظمة (SDM)، الذي شارك في تقديم المشورة للفرق الثلاثة: “أمضت وكالة ناسا فصل الربيع في إخبار العالم بالبنية التحتية المبكرة الحاسمة التي ستحتاجها قاعدة القمر الدائمة القادمة”. “أمضى أكثر من 30 طالبًا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هذا العام الدراسي في تصميم جزء كبير من قاعدة القمر – أنظمة لتوليد الطاقة وتخزينها وتوزيعها؛ وأنظمة قوية لتحديد المواقع والملاحة والتواصل؛ وتجارب مبكرة باستخدام التقنيات الأساسية للعيش بشكل مستدام على تربة القمر.”
شبكة كهرباء للبقاء على قيد الحياة في الليل القمري والشتاء
إن أصعب عائق أمام قاعدة ناسا القمرية هو الحفاظ على طاقتها، لأن انقطاع طاقة دعم الحياة قد يؤدي إلى هلاك الطاقم في غضون ساعات. ECLIPSE هو تصميم مرجعي لشبكة قمرية تم تصميمها للبقاء في الخدمة لأكثر من 99.995 بالمائة من الوقت – أقل من 27 دقيقة من التوقف سنويًا في أسوأ السيناريوهات، وهو المعيار المطلوب من مراكز البيانات الأكثر أهمية على الأرض. فهو يجمع بين مصدرين للطاقة يفشلان بطرق مختلفة: مجموعة من الصواري الشمسية يبلغ طولها 20 مترًا في المرتفعات المضاءة بنور الشمس بالقرب من القطب الجنوبي، وعلى مدار 18 يومًا تقريبًا كل عام عندما تنخفض الشمس تحت الأفق، زوج من المفاعلات الدقيقة المدفونة بقدرة 20 كيلووات أطلق عليها الفريق اسم CARROT، (مفاعل مدمج مستقل محمي بالريغوليث يعمل لمدة عشر سنوات). مفاعل CARROT، وهو تصميم جديد تم تطويره بشكل مستقل من قبل فريق ECLIPSE، انتهى به الأمر إلى أن يكون مشابهًا في التصميم لمفاعل SR-1 التابع لناسا لمهمة 2028 إلى المريخ، وكلاهما يهدف إلى زيادة سرعة النشر إلى أقصى حد.
يقول تايلور هامبسون، طالب دكتوراه في قسم العلوم والهندسة النووية والرئيس المشارك لفريق ECLIPSE: “إن دفن كل مفاعل على عمق 1.3 متر يؤدي إلى تقليص منطقة المراقبة من كيلومترات إلى أمتار، بحيث يمكن للطواقم العمل في مكان قريب، وهذا يوفر أطنانًا من كتلة التدريع المطلوبة”.
يوفر التصميم الكامل قدرة أولية تبلغ 120 كيلووات باستخدام شبكة من كابلات الألمنيوم المدفونة ومعدات الطاقة ذات التيار المباشر المحمية. توفر المركبات الجوالة المجهزة بالليزر قدرة “القوة الحدودية”، حيث تبث ما يصل إلى 10 كيلووات إلى مواقع تتجاوز أي كابل، من الحفرة المظللة إلى موقع استيطاني جديد قبل إنشاء شبكتها الخاصة. يقول باتريك رايلي، طالب دراسات عليا في قسم AeroAstro والقائد المشارك لفريق ECLIPSE، إن الهدف من التصميم هو وضع الموثوقية قبل الكتلة: “لقد قمنا بقياس حجمها بحيث لا تصل الأعطال الأكثر احتمالية إلى سكان القاعدة القمرية أبدًا، وبالتالي فهي تتدرج من طاقم أول مكون من ستة أفراد إلى الطلب الصناعي دون مقاطعة الاقتصاد القمري التجاري”.
شبكة لاستكشاف القمر والمريخ والاتصال بالوطن
يعمل MELIORA كمرحل للقاعدة ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS). على الرغم من أن RASC-AL قد وضع إطارًا فرعيًا لموضوع مسابقة الاتصالات وتحديد المواقع والملاحة والتوقيت حول المريخ، فقد اقترح الفريق أيضًا خطة للتحقق من صحة تصميمهم في الهندسة القمرية أولاً، بما يتماشى مع استراتيجية الوكالة لإثبات التكنولوجيا على القمر قبل توسيعها إلى المريخ. للعثور على أفضل تصميم، أجرى الفريق دراسة تجارية عبر 5,764 شكلاً هندسيًا لكوكبة مرشحة. وتنمو النتيجة من ثلاثة أقمار صناعية أولية إلى 23، وتعيد أكثر من 100 ميجابت في الثانية إلى شبكات البيانات التي تدور حول الأرض عبر وصلات بصرية في الفضاء الحر، وتثبت موقع المستخدم على مسافة 10 أمتار. بالنسبة لتصميم المريخ، فإن أربعة أقمار صناعية متوقفة عند نقاط لاغرانج المستقرة من حيث الجاذبية تحافظ على الارتباط حيًا حتى أثناء الاقتران الشمسي، وهي الأسابيع التي تقع فيها الشمس بين العالمين وعادة ما تقطع الاتصال. على السطح، يحتاج المستخدم فقط إلى محطة راديو محمولة وساعة ذرية على نطاق رقاقة – ضابط وقت بحجم علبة الثقاب.
تقول إيكاترينا تيوختيكوفا، وهي طالبة جامعية تدرس كلاً من AeroAstro والهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر (EECS)، وتشارك في قيادة فريق MELIORA: “لا ينبغي عليك أبدًا أن تفكر فيما إذا كانت الشبكة موجودة أم لا، فهي موجودة، بالطريقة التي لا تفكر بها في برج خلوي”. يضيف كلايتون ليبرمان، خريج برنامج SDM والقائد المشارك للفريق الذي كتب أطروحته عن MELIORA: “لقد وضعنا كل التعقيدات تقريبًا في المدار، بحيث يظل كل شيء على السطح محمولاً وبسيطًا”.
صنع الأكسجين والمعادن والطوب من التراب القمري
بعد الطاقة والاتصالات، الركن الأساسي الثالث للقاعدة القمرية هو العيش على الأرض. يمكن للثرى الخاص بالقمر أن يوفر الأكسجين للتنفس والحرق، والمعدن للبناء به، والدرع للاختباء خلفه للحماية من الإشعاع القاتل. CHEESEBURGER عبارة عن حملة مكونة من خمس حمولات آلية تثبت سلسلة التوريد حلقة واحدة في كل مرة، يليها دمج الخمس في أول صناعة قمرية شاملة.
تحمل الحمولات أسماء المطبخ: آفاق سويسرية لأغنى خام، بريوشز يحفر ويفرز الثرى، بيكون يصبه في الطوب، اللحم المشوي يصهره كهربائيًا لسحب المعدن والأكسجين، وأفوكادو هو البناء الآلي الذي يكدس المنتجات في الهياكل، بما في ذلك القمر المتشابك. بريكس التي تحمي الموائل من الإشعاع. وُلد موضوع الطعام خلال نزهة الفريق في شهر يناير في ساندويتش، ماساتشوستس. يقول سيزار ميزا، وهو طالب دراسات عليا في AeroAstro وCHEESEBURGER: “إن تسمية المنقب SWISS وشركة استخراج المعادن GRILLED MEAT حولت جدارًا من المختصرات إلى شيء يمكن أن يستمتع به الفريق بأكمله”. “يبدو الأمر وكأنه مزحة حتى ترى أن كل اختصار يصف بوضوح قطعة خطيرة من الأجهزة تؤدي وظيفة واحدة في طور الإعداد.”
ثلاثون طالبًا وثمانية أقسام وثلاثة فرق لقاعدة قمرية واحدة
ساهم أكثر من 30 طالبًا عبر الفرق، من AeroAstro، وSDM، والعلوم والهندسة النووية (NSE)، وEECS، والهندسة الميكانيكية (MechE)، وبرنامج التكنولوجيا والسياسات، وكلية MIT Sloan للإدارة، وعلوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب (EAPS)، جنبًا إلى جنب مع طالب من كلية ويليسلي. عمل العديد من مرشدي الطلاب ومستشاري هيئة التدريس عبر أكثر من فريق واحد، ولهذا السبب تم تصميم شبكة ECLIPSE لتشغيل معالجة CHEESEBURGER، ويتم استخدام التعامل مع الثرى في CHEESEBURGER لدفن شبكة ECLIPSE وحمايتها، وتم تصميم جميع المشاريع الثلاثة لترجمة دروس قاعدة القمر لمهمة مستقبلية إلى المريخ. تم تقديم المشورة للفرق من قبل أوليفييه دي ويك، أستاذ برنامج أبولو للملاحة الفضائية والأنظمة الهندسية والرئيس المؤقت لقسم AeroAstro، الذي قاد ECLIPSE؛ كيري كاهوي، أستاذ شيلا إيفانز ويدنال لهندسة الفضاء الجوي، الذي قاد مؤسسة MELIORA؛ وجيفري هوفمان، أستاذ الممارسة في AeroAstro ورائد فضاء سابق في وكالة ناسا، والذي قاد شركة تشيزبرجر؛ كوروش شيرفان، أستاذ التطوير الوظيفي في أتلانتيك ريتشفيلد في دراسات الطاقة في العلوم والهندسة النووية، الذي شارك في تقديم المشورة لـ ECLIPSE؛ ولوردوس، الذي شارك في تقديم المشورة للثلاثة. يقود الكثير من العمل الإرشادي اليومي متطوعين من طلاب الدكتوراه ويتم تنفيذه من خلال ورشة عمل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للموارد الفضائيةالتي أسسها لوردوس عام 2019.
يقول دانييل مازانيك، راعي برنامج RASC-AL وكبير مهندسي أنظمة الفضاء في مركز لانجلي للأبحاث التابع لناسا: “لقد أظهرت الفرق الفائزة كيف يمكن للابتكار الأكاديمي أن يدعم أهداف مهمة أرتميس”. اعلان وكالة ناسا من الجوائز. “إن عملهم يسلط الضوء على الدور المهم الذي تلعبه أبحاث الطلاب في تشكيل استكشاف الفضاء في المستقبل.”
تتوقع وكالة ناسا أن يعيش رواد الفضاء على سطح القمر لعدة أشهر في المرة الواحدة بحلول أوائل ثلاثينيات القرن الحالي، وهي النافذة التي صُممت من أجلها ECLIPSE وMELIORA وCHEESEBURGER. إن الصورة التي عملت عليها الفرق الثلاثة موحدة: طاقم في القطب الجنوبي للقمر، والأضواء مضاءة طوال ليل الشتاء، والشبكة مضاءة دائمًا، وأول أكسجين وطوب يخرج من الأرض تحتهم.
يقول دي ويك: “لم تعد القاعدة الدائمة مجرد شريحة في مجموعة من الاستراتيجيات؛ إذ ستبدأ ناسا في إنزال العناصر الأولى في عام 2027”. “إن مثل هذه الدراسات الثلاث تتيح للوكالة أن ترى، قبل وضع الخرسانة، كيف تعتمد خيارات قوتها واتصالاتها ومواردها على بعضها البعض. وهذا على وجه التحديد عندما يكون للعمل المعماري المستقل والمتكامل أكبر تأثير على الخطة الحقيقية.”
تتم إدارة RASC-AL من قبل المعهد الوطني للفضاء نيابة عن وكالة ناسا. يتمتع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بسجل طويل في مسابقات التصميم الطلابية التي تنظمها وكالة ناسا، حيث فازت الفرق مؤخرًا بما في ذلك الترطيب نظام إنتاج مياه المريخ نقطة حمراء شاحبة الهندسة المعمارية لمنزل المريخ، البرج القمري القابل للنشر ميلت، ال مارتيس الحملة التناظرية القمرية والمريخية القيقب نظام تحديد المسار الآلي القمري المستقل سيربيروز مشروع إعادة التدوير القمري، و الترمس نظام إدارة السوائل المبردة. تم دعم هذا العمل جزئيًا من قبل وكالة ناسا، ومنحة ماساتشوستس الفضائية، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا AeroAstro، وورشة عمل موارد الفضاء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. تم دعم أحد الطلاب من خلال زمالة فرص أبحاث الدراسات العليا لتكنولوجيا الفضاء التابعة لناسا.
الفرق كاملة :
كسوف — يقود الفريق: تايلور هامبسون (طالب دراسات عليا في العلوم والهندسة النووية) وباتريك رايلي (طالب دراسات عليا في AeroAstro). فريق المفاعل: ليليانا أرياس، وسيدني مين، وجوليان روشيه، وبافل شيلينكو (طلاب الدراسات العليا، NSE). فريق إدارة وتوزيع الطاقة: إيفرار كونستانت وماري فوكسين (طلاب الدراسات العليا في AeroAstro)، وجانهافي جوجليكار وأسماء باتيل (طلاب المرحلة الجامعية في AeroAstro). فريق الطاقة الشمسية والهندسة المعمارية: زاكاري داوسون (طالب دراسات عليا، تصميم وإدارة النظام)، سريجا أكولا وإيان جيمينيز (طلاب دراسات عليا، AeroAstro؛ EAPS)، يوهان ليم (طالب دراسات عليا، AeroAstro/برنامج التكنولوجيا والسياسة)، CJ Taglienti (طالب دراسات عليا، AeroAstro/ماجستير في إدارة الأعمال). المستشارون المشاركون للطلاب: يانا تشارونبونفيفات، ولاني ماكيني (AeroAstro)، وبالاك باتل (MechE). مرشد الصناعة: سولي ماريجليانو-كريفكور (التقنيات). هيئة التدريس: أوليفييه دي ويك (الرائد) وجيفري هوفمان (AeroAstro)، وجورج لوردوس (AeroAstro وSDM)، وكوروش شيرفان (NSE).
أحسن – قادة الفريق: كلايتون ليبرمان وكاتيايني بالاشاندران (تصميم النظام وإدارته)، إيكاترينا تيوختيكوفا (المرحلة الجامعية، AeroAstro وEECS)، سيلفي ليزي (AeroAstro). أعضاء الفريق: توماس هارينجتون وزاكاري تي بارنز (SDM)، وأسيل أكوستا (المرحلة الجامعية، AeroAstro). مستشار الطلاب المشارك: لاني ماكينيري (AeroAstro). هيئة التدريس: كيري كاهوي (قائد)، وجيفري هوفمان وأوليفييه دي ويك (AeroAstro)، وجورج لوردوس (AeroAstro وSDM).
تشيز برجر – يقود الفريق: سيزار ميزا (طالب دراسات عليا في AeroAstro) وإليزابيث روميرو (طالبة جامعية في AeroAstro). أعضاء الفريق: راشيل دنفي، شريا كوثنور، هايلي بولسون (طلاب جامعيون، AeroAstro)، كريستوفر كوون، خوسيه سوتو، لاني ماكيني (طلاب دراسات عليا، AeroAstro)، مارفن مارتينيز (طلاب جامعيون، MechE)، أناندا سانتوس فيغيريدو (طالب دراسات عليا، برنامج التكنولوجيا والسياسة)، إيفانجلين هايكي وانغ (طلاب جامعيين، علوم الكمبيوتر وعلم النفس، كلية ويليسلي). هيئة التدريس: جيفري هوفمان (قائد) وأوليفييه دي ويك (AeroAstro)، وجورج لوردوس (AeroAstro وSDM).
