Das Projekt PIONEERS (Permanent International COlonies Near CratErs Exploiting lunar ReSources) zielt darauf ab, einen langfristigen Aufenthalt auf dem Mond zu etablieren, indem ein geschlossener ökologischer Kreislauf und gemeinschaftliche Mondressourcen genutzt werden, was die Errichtung mehrerer nahezu unabhängiger Basen ermöglicht.

Um dies zu erreichen, wird eine radialsymmetrische Basis in der Wand eines Mondkraters am Südpol errichtet, so wie Shackleton. Das Wasser wird extrahiert und als Ausgangspunkt für eine Reihe von Prozessen verwendet, die den Anbau von Nahrungsmitteln, die Wiedergewinnung von Nährstoffen und die Produktion wichtiger Gase wie Kohlendioxid, Sauerstoff, Wasserstoff oder Stickstoff ermöglichen. Auf den Spitzen der Kraterwände werden Sonnenkollektoren angebracht, um eine konstante Stromversorgung zu gewährleisten, die von mehreren Basen gemeinsam genutzt werden könnte. Diese werden für den Fall meteoritischer Gefahren, die vorausschauend erkannt werden, abgedeckt.

Acht ikosaedrische Kuppeln werden verschiedene Funktionen erfüllen und bis zu acht Personen beherbergen, die mit Rovern nahe gelegene Gebiete erkunden, Produkte mit geringer Schwerkraft herstellen, um Mittel für die Wartung zu erhalten, und verschiedene Experimente durchführen, um neue Technologien für das Leben auf dem Mond zu erforschen. Darüber hinaus wird er auch als Weltraumbahnhof für den künftigen Abflug zum Mars dienen. Die In-situ-Produktion verschiedener Stoffe, darunter Sauerstoff, Methan und Wasserstoff, wird es ermöglichen, Raumfahrzeuge bei Bedarf zu betanken.

Insgesamt wäre die Basis ein Sprungbrett für die Errichtung unabhängiger Großkolonien, die ihre Ressourcen wiederverwenden und sich die lokalen Ressourcen zunutze machen können, während sie gleichzeitig wissenschaftliche und kommerzielle Erträge liefern.

Das Mondlager würde in den Wänden eines Südpolkraters wie Shackleton errichtet werden. Auf diese Weise wäre es vor Strahlung und meteoritischen Gefahren geschützt und könnte gleichzeitig von mehreren Basen umgeben werden. Da er im Vergleich zur Basis sehr breit ist, könnte er in Zukunft erweitert werden, um mehr Menschen unterzubringen. Der Krater würde zur Gewinnung von Eis genutzt werden, das Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser liefert. Darüber hinaus würden die so genannten Gipfel des ewigen Lichts genutzt, um eine konstante Stromproduktion mit Solarzellen zu erreichen, die gemeinsam genutzt werden könnten, wodurch der Wettbewerb bei der Besiedlung dieses Gebiets verringert und die Zusammenarbeit gefördert würde.

Die Basis würde aus sieben ikosaedrischen Kuppeln bestehen, die durch Rohre verbunden sind, um die Stabilität zu verbessern, da sie aus gleichseitigen Dreiecken aus HY-Legierungen bestehen, um dem Druck standzuhalten, zusammen mit einer kratzfesten Kunststoffabdeckung, insbesondere für die Außenbereiche, sowie einer Rovergarage. Diese Platten würden zusammen mit RTG-getriebenen mobilen Maschinen an die Oberfläche gebracht, die es ermöglichen würden, den erforderlichen Raum zu bohren. Dies wäre auch eine vorläufige Mission, um die Verfahren und Technologien zu testen. Außerdem könnte das Reifensystem vertikal gedreht werden und Rohre zur Verteilung des Eises einsetzen. Es würde über die oberen Wände des Kraters fahren und dann zur Basis zurückkehren. Es würden auch Antennen für die Kommunikation angebracht werden. Im Laufe der Zeit, wenn die menschliche Präsenz zunimmt, könnten komplexere Systeme gebaut werden, um mehrere Basen miteinander zu verbinden. Regolith würde an Ort und Stelle abgebaut werden, um Schutzschichten zu bilden, die bei der Entdeckung einer potenziellen Gefahr eingesetzt werden könnten. Sie würden von diesen polyvalenten Maschinen verarbeitet und als 3D-Druckermaterial verwendet werden. Um die Kosten dieser Vorphase zu senken, wären ein internationales Programm und die Verwendung wiederverwendbarer Trägerraketen erforderlich.

Um die Strahlenbelastung zu verringern, würde die Basis in die Kraterwand eingegraben werden, mit einem kleinen, mit Regolith bedeckten Ausgang, an dem Rover eingesetzt werden würden. Diese wären mit strahlenresistentem Material bedeckt und mit Mondanzügen ausgestattet, die so angebracht sind, dass der Mondstaub vom hinteren Teil entfernt werden kann. Außerdem würden sich die Rover in einer Außenkammer befinden, die mit der Basis verbunden ist und in der sie gewartet werden. Der Staub würde von der Oberfläche entfernt, indem überschüssiges Kohlendioxid zu den Fahrzeugen gepumpt und anschließend gefiltert würde. Die Rover könnten auch ferngesteuert für Aufklärungszwecke eingesetzt werden, um eine Exposition zu vermeiden. In sensiblen Bereichen, wie z. B. Sonnenkollektoren, würden ausfahrbare Regolith-Decken errichtet, falls durch Satellitenbeobachtung eine Gefährdung festgestellt würde. Um die Auswirkungen der geringen Schwerkraft abzumildern, gäbe es einen Raum für körperliche Aktivitäten.

Das Wasser würde in Form von Eis aus der Kratersenke entnommen und in den Außenbereich der Basis transportiert, wo es mit heißen Spiegeln geschmolzen werden würde. Ein Teil davon würde in hydroponischen Tanks verwendet und könnte auch als Abfallprodukt von Zersetzungsorganismen gewonnen werden, die sich von Pflanzenresten ernähren. Das von den Astronauten ausgestoßene Kohlendioxid würde in der Sabatier-Reaktion verarbeitet werden, um noch mehr Wasser zu gewinnen, sowie in der Wasser-Gas-Shift-Reaktion. Das als Dampf gewonnene Wasser würde abgekühlt und unter Druck gesetzt werden, um es zu verflüssigen.

Eine der Kuppeln würde hydroponische Tanks beherbergen, in denen verschiedene Pflanzenarten gezüchtet würden: Soja, Kichererbsen und Erdnüsse für Proteine und Fett, Kartoffeln für Kohlenhydrate und grünblättrige Pflanzen wie Spinat für nützliche Mineralien wie Kalzium, das zur Vermeidung von Osteoporose wichtig ist. Kieselalgen würden ebenfalls gezüchtet werden, um Kohlendioxid zu entfernen und zusammen mit mehrzelligen Algen Sauerstoff zu produzieren. Zersetzende Pilze und Bakterien würden sich in dunklen Kammern von Pflanzenresten ernähren, um eine zusätzliche Proteinquelle zu erschließen und Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff zu produzieren, die aufgefangen und an die Pflanzen zurückgegeben würden, um einen Stickstoffkreislauf zu schaffen, der den Bedarf an importierten Substanzen für das Pflanzenwachstum verringert.

Die Stromerzeugung würde hauptsächlich durch Solarzellen erfolgen, die rund um die Gipfel des Kraters aufgestellt werden, um eine konstante Versorgung auch in den dunklen Perioden des Mondzyklus zu gewährleisten. Sie würde auch auf mehrere Basen verteilt werden, wenn diese errichtet werden. Der durch Wasserelektrolyse und WGS gewonnene Wasserstoff könnte auch in Brennstoffzellen verwendet werden, um weitere Energie zu gewinnen. Weitere zusätzliche Energiequellen wären die von der Kompostkammer erzeugte Wärme und das durch den Sabatier-Prozess erzeugte Methan, das als Brennstoff gespeichert oder verbrannt werden könnte.

Zur Gewinnung verschiedener Arten von Gasen würden mehrere Reaktionen durchgeführt. Eis würde elektrolysiert, um Sauerstoff und Wasserstoff zu gewinnen, die, wie oben erwähnt, verschiedene Verwendungszwecke haben. Der Sauerstoff würde von den Bewohnern und den Organismen im Komposter verbraucht und der Stickstoff durch Filtern der Abfallprodukte gewonnen. Stickstoff und Sauerstoff würden zunächst von der Erde importiert, um die Atmosphäre der Basis aufzubauen, könnten aber in geringem Umfang durch die Landwirtschaft mit Hilfe von Zersetzern, Pflanzen bzw. Algen produziert werden. Kohlendioxid würde in der Sabatier-Reaktion zur Gewinnung von Wasser und Methan verwendet und auch zur Entfernung von Staub aus den Rovern eingesetzt. Insgesamt würde die Atmosphäre ständig von Sensoren überwacht, um mögliche Lecks zu entdecken, und es würden importierte Reserven für den Fall eines Unfalls gelagert. Alle schädlichen Gase, wie z. B. CO aus WGS, könnten in die Atmosphäre entweichen und durch den Sonnenwind entfernt werden.

Das Camp würde mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen. Es wäre ein internationales, skalierbares Experiment zur Erprobung verschiedener Verfahren und Strategien zur Errichtung stabiler, unabhängiger Stützpunkte, die über ein verbundenes Netz lokale Ressourcen gemeinsam nutzen könnten.

Darüber hinaus würden groß angelegte Expeditionen sowohl aus der Ferne als auch durch EVAs unschätzbare Erkenntnisse über die Geologie des Mondes liefern, und zwar nicht nur auf der Oberfläche, sondern auch in tieferen Schichten durch die Bohrmaschinen. Außerdem könnten damit Anwendungen und Produkte mit geringer Schwerkraft erforscht und exportiert werden, um die Gesamtkosten zu senken und vielfältige wissenschaftliche Erkenntnisse zu gewinnen. Langfristig könnte er dank seiner geringen Schwerkraft und der In-situ-Treibstoffherstellung als künftiger Startpunkt für Marsmissionen dienen.

Die Besatzung würde nach 8-9 Schlafstunden aufwachen, wobei ein Astronautenpaar den Kommunikationsraum bewachen würde, um bei Bedarf sowohl mit der Erde als auch mit anderen nahe gelegenen Basen Kontakt aufzunehmen. Diese Paare würden sich regelmäßig abwechseln und tagsüber für den Rest der Besatzung eine Pause einlegen. Es gäbe ein allgemeines Scanning-Verfahren, und danach würde sich die Besatzung je nach Spezialgebiet verschiedenen wissenschaftlichen Experimenten widmen. Geologen könnten beispielsweise EVAs durchführen oder Rover aus der Ferne bedienen; Botaniker könnten die Pflanzen überwachen und Experimente bei niedriger Schwerkraft im Labor durchführen; Ingenieure könnten die Reaktionen überwachen und bei der Reparatur von Lecks helfen usw. Nach sieben Stunden Arbeit versammelte sich die Besatzung im Zentralraum, um zu Mittag zu essen und zwei Stunden frei zu haben, in denen sie im Fitnessraum trainieren, sich medizinisch untersuchen lassen, sich im Zentralraum entspannen konnte usw. Anschließend werden die Daten aus dem gesammelten Material oder den durchgeführten Experimenten ausgewertet und Wartungsarbeiten wie die Überarbeitung des Komposters, die Reinigung der Rover usw. durchgeführt. Die Gesamtergebnisse werden am Ende des Tages in Form eines Tagesberichts übermittelt, in dem Aspekte wie die Durchführbarkeit von Herstellungsverfahren, Experimenten, Vorschlägen usw. überprüft werden, und es werden Anweisungen von der Erde empfangen. Der Kanal wäre jedoch ständig geöffnet und würde entsprechend überwacht werden. Wenn Nachschub benötigt würde, würde die Basis eine Frachtmission anfordern, und wiederverwendbare Trägerraketen würden Nachschub transportieren, der auf die Oberfläche herabsteigen würde, oder im Falle von empfindlicherem Material würden sie in der Nähe des Eingangs landen, aufgetankt werden und abfliegen. Wenn in anderen Basen etwas auftauchte, konnte die Besatzung mit ihren Rovern dorthin gelangen, um Hilfe zu leisten, so dass eine schnelle Reaktion gewährleistet war, bis weitere Hilfe von der Erde kam, falls sie benötigt wurde.