moon_camp

Moon Camp Pioneers Galerie 2020-2021

Úkolem každého týmu v soutěži Moon Camp Pioneers je navrhnout ve 3D kompletní měsíční tábor pomocí aplikace Fusion 360. Musí také vysvětlit, jak budou využívat místní zdroje, chránit astronauty před nebezpečím vesmíru a popsat obytné a pracovní prostory.

Tým: PareDisen

Eton College  Eton, Windsor    Spojené království 17

Externí prohlížeč pro 3d projekt

Popis projektu

Náš měsíční tábor byl navržen jako malá vědecká základna na Měsíci, jejíž vybudování vyžaduje minimální lidskou účast. Byl navržen z lehkých komponent, aby se snížily výdaje na start; hlavní konstrukce je vyrobena z nafukovacích materiálů, prázdných palivových nádrží a hlavního těla rakety, která tyto prvky na Měsíc dopravila. Celkem je k úplnému zřízení tábora zapotřebí pět raket, včetně dopravy roverů, nezbytných interiérových prvků a dvou astronautů. Použité rakety jsou horními stupni větších nosných raket, které je vynesly ze Země. Díky motorům s vektorovaným tahem mají možnost vertikálního přistání a jsou schopny přesně přistát pomocí navigace podle terénu. Raketa, k níž jsou připojeny nafukovací habitaty, přistává na dně kráteru o průměru přibližně 30 m a hloubce 10 m. Tento kráter je následně zaklenut a pokryt měsíčním regolitem, čímž vzniká zóna bez nebezpečného záření a kosmického odpadu.

[Všechny následné odkazy na čísla odpovídají názvům těles v souboru .f3d]

Kde chcete postavit svůj měsíční tábor?

Náš Moon Camp se nachází v kráteru o průměru přibližně 30 m a hloubce 10 m s relativně hladkým dnem. Tisíce kráterů s touto drsnou specifikací jsou roztroušeny po celém Měsíci a lze je prozkoumat pomocí stávající sondy Lunar Reconnaissance Orbiter. Náš tábor bude v jednom z nich poblíž kráteru Shackleton v jižní polární oblasti Měsíce. Jsou zde vyvýšená místa, která jsou osvětlena až 96% času, což je ideální místo pro solární panely, na jejichž energii tábor spoléhá. Kromě toho byl ve stinných oblastech této oblasti zjištěn ve velkém množství vodní led, nezbytný pro jakoukoli lidskou přítomnost.

Jak plánujete postavit svůj měsíční tábor? Popište techniky a materiály, které použijete.

Stavba začíná, když první raketa (hliníková slitina 6061) přistane uprostřed kráteru. Pomocí výbušných šroubů se vysunou úložné panely kopule [1], čímž se otevře úložný kontejner kopule [2]. Vzduchotěsná kevlarová kompozitní kopule [3] zabalená uvnitř se poté nafoukne pomocí stlačeného vzduchu [4]. Kopule se roztáhne, aby pokryla celý kráter a nakonec spočinula na jeho okrajích. Mezitím se podobným způsobem otevírají tři úložné komory na spony [5]. Další stlačený vzduch [6] zaplaví hlavní vzduchotěsné těleso rakety, které vytlačí tři Spokes [7] (předtím se vše odtlakuje, aby se odpařilo a vyloučilo zbývající palivo). Spokes jsou rovněž vyrobeny ze vzduchotěsného kevlarového kompozitu odolného proti roztržení. Jakmile je vše nafouknuto, základna prázdné nádrže na kapalný kyslík [8] se oddělí, čímž se otevře přístup k hydroponické farmě [9]. Pozice nádrží na kapalný kyslík a palivo [10] v raketě je oproti tradičním konstrukcím raket upravena tak, že jsou vyzdviženy nahoru, čímž se část s užitečným zatížením přesouvá dolů a ta pak spojuje Spokes. Dveře vzduchové komory [11] jsou umístěny mezi oběma nádržemi a v horní části palivové nádrže. Ty v horní části palivové nádrže umožňují přímý přístup ven. Palivová nádrž se tak stává přechodovou komorou.

Ostatní požadované položky se objeví v dalších třech raketách. Ty mají rovněž panely [12] odnímatelné pomocí výbušných šroubů, které zakrývají jejich nákladové sekce. Navijáky [13] umožňují astronautům po příletu v lunárním modulu vše spustit na zem.

Prostředí na Měsíci je pro astronauty velmi nebezpečné. Vysvětlete, jak je váš měsíční tábor ochrání.

Obytný a pracovní prostor pro astronauty se nachází v nafukovacím modulu Spokes na dně kráteru. Tento kráter je zakryt nafukovací kopulí, která je následně zasypána měsíčním regolitem pomocí šneků Regolith Rover [14] [15]. Tato kombinace blokuje škodlivé záření a kosmický odpad a udržuje pod ním stálou teplotu, která snižuje namáhání struktur. Dalším nebezpečím je nízká gravitace. Odstředivka by sice mohla pomoci, ale byla by drahá a náročná na přepravu, nastavení a údržbu. Místo toho přiložené cvičební vybavení - konkrétně běžecký pás [16] s elastickým postrojem a elastické činky [17] - pomůže zpomalit degradaci svalů a kostí. Kromě toho posilovna spolu se světelnými otvory v kopuli a komunikačním zařízením [18] pomůže udržovat duševní zdraví astronautů, které by se v uzavřeném, uměle osvětleném prostředí bez kontaktu s jinými lidmi mohlo snadno zhoršit.

Vysvětlete, jak váš měsíční tábor poskytne astronautům:
Voda
Potraviny
Elektřina
Vzduch

Jedním z vozítek v našem měsíčním táboře je vodní vozítko [19], které sbírá sladkou vodu. K tomu využívá šest jádrových vrtáků [20], které se zavrtávají do míst na Měsíci, kde byl zjištěn vodní led (pomocí infračervených senzorů na palubě). Jakmile je každé jádro naplněno, jsou vrtáky zasunuty do hlavního těla roveru, které je následně utěsněno [21] a natlakováno. Prostřednictvím sluneční energie [22] se vnitřek vozítka Rover ohřívá [23], čímž se voda ve vzorcích jader odpařuje. Tato pára kondenzuje na chladné kopuli [24] v horní části Roveru a způsobuje její stékání do vyjímatelných kontejnerů [25]. Jakmile jsou tyto kontejnery plné, astronauti je vezmou dovnitř a prázdné použité vrátí do roveru. Odpadní voda ze sprch a umyvadel, moč a výkaly jsou odváděny potrubím do čističek [26], které ji recyklují, čímž snižují nároky na rover.

Hydroponická farma je umístěna v nádrži s kapalným kyslíkem po přistání, bez čerpadla [27] a rostlin (jeden příklad rostliny je zobrazen v souboru - koryto je třeba naplnit)[28], které přidávají astronauti (objem systému není tak velký, aby ovlivnil kapacitu nádrže). Voda se přidává do Zásobníku [29] na dně nádrže, mísí se s rozpustnými živinami, které zajišťují veškeré potřeby rostlin, a čerpá se do horní části spirálového koryta, odkud stéká zpět do Zásobníku. Živiny se doplňují pomocí směsi potravinových odpadů a výkalů v práškové formě z Čističek, doplněné o balíčky ze Země. Červené LED diody na spodní straně Žlabu osvětlují rostliny ideálními vlnovými délkami pro fotosyntézu. Na palubě bude také zásoba potravin MRE, jako záložní zdroj a pro pestřejší stravu.

Solární soustava o 48 panelech [30] má celkovou plochu přibližně 150 m2, která vyrobí zhruba 200 kWh energie. Díky solární expozici >90% jsou v provozu téměř neustále, přičemž se nabíjí bateriový článek [31], který vše udržuje v chodu, když se setmí. Energie se používá pro osvětlení, vytápění, čištění vody a vzduchu, hydroponické čerpadlo a světla, přechodovou komoru, rádiovou anténu a přijímač a další zařízení, jako jsou počítače, hmotnostní spektrometry, 3D tiskárny, mikrovlnná trouba, lednice, ohřívače atd.

Po přistání stlačený vzduch ze Země zaplaví raketu a nafoukne Spokes. K naplnění celých 360 m3 jsou zapotřebí dvě lahve se stlačeným vzduchem, každá o objemu 0,4 m3 vzduchu o tlaku 7000 psi. Astronauti si s sebou přivezou čtyři skrubery CO2 [32], které jsou rozmístěny po celém stanovišti. Ty pohlcují oxid uhličitý ze vzduchu pomocí porézních zeolitů. Po nasycení se zeolity vloží do malé přechodové komory [33], která oxid uhličitý (po vystavení vakuu) uvolní a pošle ven. Část vody nashromážděné vodním vozítkem se přivádí do elektrolyzéru [34], který vyrábí kyslík, jímž se nahrazuje kyslík dýchaný astronauty.

Vysvětlete, jaký bude hlavní účel vašeho měsíčního tábora (například: komerční, vědecké a/nebo turistické účely).

Náš měsíční tábor je v první řadě ověřením konceptu. Téměř plně automatizované zařízení, které poskytuje téměř okamžitou ochranu před nebezpečím vesmíru, je něco, co by bylo nesmírně výhodné pro pozdější průkopníky na Měsíci i na Marsu. Pokud jde o tento konkrétní tábor, bude zpočátku sloužit jako vědecká základna. Plně vybavená laboratoř a rover s vývrtkami umožní studium hornin s cílem zjistit, jak je lze zpracovat na kovy pro stavbu výrobních zařízení a kosmických lodí na místě. Díky zdokonalení těchto procesů v prostředí s nízkou gravitací lze očekávat, že se k němu připojí další podobné tábory, které promění Měsíc v průmyslový komplex a loděnici kosmických lodí. Kosmické lodě zde postavené se budou potýkat s menší gravitační studnou než na Zemi a díky zvýšenému sběru vody bude možné využívat vodík a kyslík k jejich pohonu až za hranice cislunárního prostoru.

Popište den na Měsíci pro posádku astronautů z Moon Campu.

Astronauti začínají svůj den probuzením ve svých spacích místnostech se závěsy a poté se přesunou do společných prostor. Osprchují se, použijí koupelnu a pak si udělají instantní míchaná vajíčka. Po tomto úkonu je čeká několik kontrol. Hladina vody v čističce a elektrolyzéru je dobrá, zeolity ještě nejsou nasycené a výkon solárních panelů je nominální. Astronautka číslo jedna, Virginia, se dnes dobrovolně vydává ven a odebírá vzorky, které včera v noci odebral Coring Rover [35]. Astronaut číslo dvě, Mat, zatím slouží uvnitř. Virginia zamíří do přechodové komory nad hydroponickou farmou a oblékne si skafandr [36]. V přechodové komoře se sníží tlak a ona se vynoří v horním středu kopule. Kopule snadno udrží její váhu, když se vydává k roveru pro vrtání. Sebere vzorky a vrátí se dovnitř.

Mat se mezitím stará o farmu. Doplňuje živiny do hydroponického roztoku a sbírá salát a rajčata k obědu. Když je Virginie venku, rozhodne se promluvit se svou rodinou na Zemi. Využívá k tomu počítač v laboratoři Spoke [37].

Když si Virginia svlékne oblek, odnese vzorky hornin do laboratoře. Zde je vloží do infračerveného spektrometru [38], aby zjistila, že obsahují velké množství oxidu železitého. Poté poobědvá s Matem.

Odpoledne si zacvičí. Po půlhodině na běžeckém pásu s elastickým postrojem a několika opakováních na stroji s elastickými závažími jde Virginie zahřívat oxid železitý do pece [39], kde vzniká železo a spousta nečistot. Začne přemýšlet, jak je oddělit v prostředí s malou gravitací nebo přebytkem vzduchu. Zatímco to dělá, Mat testuje svůj návrh na

autonomní výrobní robot, který dokáže 3D tisknout kovy přímo na místě a jako vstupní surovinu mu stačí ruda. Dnes řeší, jak dosáhnout toho, aby kov vystupoval z trysky tiskárny při nízké gravitaci. Průlomové objevy Virginie v oblasti čištění budou klíčem k úspěchu tohoto robota.

Před večeří a spánkem astronauti provádějí řadu lékařských testů, aby získali údaje o vlivu nízké gravitace na lidský organismus [40].



← Všechny projekty