NASA正在开发一套完整的基础设施技术体系，以支持Artemis计划框架下月球南极附近的长期科学与载人探测任务。这套体系不仅包括着陆器或月球车，还涵盖任何持续存在都必需的要素：能源发电与储存、通信与导航、着陆平台和道路建设、月壤处理、从当地资源中提取水和氧气，以及保护设备免受尘埃和极端高温的影响。
该机构表示，这些技术正在地球上、模拟月球重力的环境中以及月球表面直接进行测试。目标是从单次任务转向可扩展的运行模式，使其能够服务机器人和宇航员，并为日后探索火星铺路。
能源：持续运行的必要条件
持续能源是月球表面作业的最大需求之一，因为月球上的白昼和黑夜各自约持续15个地球日。NASA正在开发Vertical Solar Array Technology（VSAT），这是一种可自主部署、收拢并在不平坦地形上移动的系统，通过安装在最高可达20米桅杆上的垂直太阳能阵列实现。
该机构还在开发Regenerative Fuel Cell，将能量以化学形式储存，再通过燃料电池恢复，并利用电解和太阳能进行再充电。这项技术的目标是实现高于现代电池的能量密度，从而可能减少任务所需的质量。其他项目还包括LunaGrid-Lite，该项目测试通过电缆在Astrobotic着陆器与CubeRover月球车之间传输高电压；以及Zeno Power的Harmonia系统，用于在月球夜晚和永久阴影区域提供热量与电力。NASA还宣布，Lunar Reactor-1这一月球上的首座核裂变反应堆计划于2030年着陆月面。
机器人与就地资源利用
月球基地需要能够在长距离和难以抵达的区域自主运行的系统。CADRE项目包括一个基站和三辆手提箱大小的小型月球车，它们协同绘制月表及地下地图、避开障碍物，并使用探地雷达开展勘测。HI-RATE则将LIDAR传感器、高性能航天处理器以及感知、规划和控制软件结合起来，旨在让月球车在减少对地面操作员依赖的情况下，行驶更远距离并达到更高速度。
针对极寒环境，COLDArm机器人臂被设计为能够在月球表面的完整温度范围内工作，包括漫长的月夜，并且无需保温加热器。其组件已在热、振动和真空环境测试中达到TRL 6技术成熟度等级，测试环境还包含尘埃和月壤模拟物。
就地资源利用计划，即ISRU，重点是收集、处理、储存和使用月球上现有的材料。应用包括提取水冰以生产可供呼吸的氧气，以及利用金属进行建造。机器人挖掘机Infrastructure Pilot Excavator（IPEx）的目标是搬运大量月壤，用于建设着陆平台和防护堤，并准备建筑场地；NASA提到的目标能力是在一次任务中处理约20公吨，而页面上的快速数据则显示，其测试目标是在11天内将10吨材料运输100米。
当地处理的例子包括Carbothermal Reduction Demonstration（CaRD）项目，该项目利用聚焦太阳能从月壤模拟物中提取一氧化碳并生产氧气。Molten Regolith Electrolysis Tech Maturation（MRE）项目还开发了一种用于提取氧气和金属的反应器，同时产生富含金属的副产物，可用于制造。
是什么让月球环境成为工程挑战？
设备必须能够在赤道月昼期间高达302华氏度的温度下运行，而夜间温度会降至-292华氏度，永久阴影区域的温度则可能低至-418华氏度。因此，NASA通过PALETTE项目开发隔热材料、热量分配和散热系统，同时推进应对磨蚀性尘埃的技术。
Electrodynamic Dust Shield（EDS）利用电场扬起并清除表面尘埃，并已在Firefly Aerospace于2025年执行的Blue Ghost Mission 1任务中证明了清除月壤的能力。SCALPSS相机拍摄着陆器发动机喷流与月面的三维交互图像，有助于了解着陆期间的月壤侵蚀和尘埃分布。
为什么这项发展很重要？
NASA的路线图显示，建设月球基地并不依赖单一技术，而取决于能源、通信、计算、机器人和当地资源的整合。Nokia的月球4G/LTE通信系统已于2025年抵达月球，并向地球发送了运行数据；与此同时，High Performance Spaceflight Computing（HPSC）处理器的计算能力已达到当前航天飞行计算机的至少100倍，同时提高了能源效率和容错能力。实际上，这些能力意味着月球车、能源站和建筑设备能够协调更复杂的任务并在本地作出决策，而不必完全依赖来自地球的即时指令。
NASA在这一方向上依靠与企业、大学和政府机构的合作。其中包括Mason与Redwire Space开展的投资项目，旨在对月壤进行平整、压实并利用微波烧结来建造坚硬表面；以及与Interlune签订的价值690万美元、为期一年半的合同，用于开发探索氢和氦-3等资源的工具。该机构还指出，数字孪生和人工智能技术，包括Lunar Autonomy Challenge的工具，可能在部分开发和测试工作中用虚拟工具替代超过50%的实体资源。