NASAは、Artemis計画の一環として、月の南極付近で長期的な科学・有人探査ミッションを支援するため、インフラ技術の統合システムを開発している。このシステムは着陸機や探査車に限らず、継続的な存在に不可欠な要素、すなわち電力の生成と貯蔵、通信と航法、着陸プラットフォームや道路の建設、月面土壌への対応、現地資源からの水と酸素の抽出、そして砂塵や極端な高温からの機器の保護を含んでいる。
同機関によれば、これらの技術は地上、月の重力を模擬する環境、そして月面そのもので試験されている。目標は、単発のミッションから、拡張可能な運用へ移行することである。それはロボットや宇宙飛行士に役立ち、将来的には火星探査への道を開くことになる。
電力：運用継続の条件
月面で活動するうえで、継続的な電力は最大の要件の一つである。月の日中と夜間は、それぞれおよそ地球時間の15日間続く。NASAはVertical Solar Array Technology（VSAT）を開発している。これは、長さ最大20メートルの支柱に取り付けた垂直太陽電池アレイによって、不整地上で自律的に展開、収納、移動できるシステムである。
また同機関は、電力を化学的に貯蔵し、燃料電池によって取り出すRegenerative Fuel Cellを開発している。再充電は電気分解と太陽エネルギーによって行われる。この技術は最新のバッテリーを上回るエネルギー密度を目指しており、ミッションに必要な質量を削減できる可能性がある。その他のプロジェクトには、Astroboticの着陸機とCubeRoverの間でケーブルを通じた高電圧送電を試験するLunaGrid-Liteや、月夜および恒久的な影の領域で熱と電力を供給するZeno PowerのHarmoniaがある。NASAはまた、月面初の核分裂原子炉となるLunar Reactor-1が、2030年に月面へ着陸する予定だと発表した。
ロボットと現地資源の利用
月面基地には、長距離を自律的に移動し、到達が困難な地域で作業できるシステムが必要になる。CADREプロジェクトには、基礎ステーションと、スーツケースほどの大きさの小型探査車3台が含まれる。これらは協調して地表および地下の地図を作成し、障害物を回避し、地中レーダーによる調査を行う。一方、HI-RATEは、LIDARセンサー、高性能宇宙用プロセッサー、認識・計画・制御ソフトウェアを組み合わせ、地上の操作者への依存を減らしながら、探査車がより長い距離をより速く移動できるようにすることを目指している。
極寒環境向けには、ロボットアームCOLDArmが、長期間に及ぶ月夜を含む月面の全熱範囲で、保温用ヒーターなしに作動できるよう設計された。その構成部品は、熱試験、振動試験、真空環境下での砂塵および月面土壌模擬物を用いた試験において、技術成熟度レベルTRL 6に到達した。
現地資源利用、すなわちISRUプログラムは、月に存在する物質を収集、処理、貯蔵、利用することに重点を置いている。用途には、呼吸可能な酸素を生産するための水氷の抽出や、建設における金属の利用が含まれる。ロボット掘削機Infrastructure Pilot Excavator（IPEx）は、着陸プラットフォームや防護壁を建設し、建設現場を整備するため、大量の月面土壌を移動させることを目指している。NASAは、1回のミッションで約20メートルトンを扱う目標能力を示している一方、ページ上の速報データでは、10トンを100メートル運搬する試験を11日間で行うことが示されている。
現地処理の例としては、集光した太陽エネルギーを利用して月面土壌模擬物から一酸化炭素を抽出し、酸素を生産するCarbothermal Reduction Demonstration（CaRD）プロジェクトがある。また、Molten Regolith Electrolysis Tech Maturation（MRE）プロジェクトは、酸素と金属を抽出するリアクターを開発し、製造に利用できる金属に富む副産物を生産する。
月の環境を工学的な課題にしているものは何か？
機器は、赤道における月の日中には302華氏度に達する温度で作動し、夜間には-292華氏度まで低下する環境にも対応しなければならない。一方、恒久的に影となる地域では-418華氏度に達する可能性がある。そのためNASAは、PALETTEプロジェクトを通じて、断熱材、熱を分配・排出するシステム、そして研磨性の高い砂塵に対処する技術を開発している。
Electrodynamic Dust Shield（EDS）は電界を利用して砂塵を浮き上がらせ、表面から除去する。Firefly AerospaceのBlue Ghost Mission 1では、2025年に月面土壌を除去できる能力が実証された。SCALPSSカメラは、着陸機の噴射流と月面との相互作用を三次元画像で撮影し、着陸時の土壌侵食と砂塵の分布を理解するのに役立つ。
なぜこの進展が重要なのか？
NASAのロードマップは、月面基地の建設が単一の技術に依存するのではなく、電力、通信、コンピューティング、ロボット、現地資源の統合に依存していることを示している。Nokiaの月面4G/LTE通信システムは2025年に月へ到達し、運用データを地球へ送信した。一方、High Performance Spaceflight Computing（HPSC）プロセッサーは、現在の宇宙飛行用コンピューターの少なくとも100倍の計算能力を実現し、エネルギー効率と故障耐性も向上させた。実際には、これらの能力によって、探査車、電力ステーション、建設機器はより複雑な作業を調整し、地球からの即時指令に全面的に依存するのではなく、現地で判断を下せるようになる。
NASAはこの取り組みにおいて、企業、大学、政府機関とのパートナーシップに依存している。例としては、Redwire Spaceと共同で土壌を平らにならし、圧縮し、マイクロ波で焼結して硬い表面を建設するMasonへの投資や、水素やヘリウム3などの資源探査ツールを開発するためのInterluneとの1年半、690万ドルの契約がある。また同機関は、Lunar Autonomy Challengeのツールなど、デジタルツイン技術と人工知能によって、一部の開発・試験作業で物理的リソースの50％以上を仮想ツールに置き換えられる可能性があると指摘している。