Mond_Lager

Moon Camp Pioneers-Galerie 2021-2022

In Moon Camp Pioneers hat jedes Team die Aufgabe, mit Fusion 360 ein komplettes Mondlager in 3D zu entwerfen. Sie müssen auch erklären, wie sie die lokalen Ressourcen nutzen, die Astronauten vor den Gefahren des Weltraums schützen und die Wohn- und Arbeitseinrichtungen beschreiben.

Team: LunarX

Die Kingston-Akademie  Kingston upon Thames    Vereinigtes Königreich 15, 17   4 / 0


Externer Viewer für 3d-Projekt

Beschreibung des Projekts

Unser Mondcamp-Projekt hat einen wissenschaftlichen Schwerpunkt auf der Nutzung der Ressourcen auf dem Mond, um die menschliche Präsenz aufrechtzuerhalten, neben der Durchführung von zwei Hauptexperimenten: 1.) Pflanzenwachstum in einer Umgebung mit niedrigem g und 2.) Untersuchung der mechanischen Eigenschaften des Mondregoliths. Unsere Basis kann weiter ausgebaut werden, um nachhaltige Wohn- und Tourismussiedlungen zu errichten. 

 

Der Bau unserer Basis erfolgt durch ISRU, wobei Mondregolith verwendet wird, um die Astronauten vor einfallender Sonnenstrahlung zu schützen und die Struktur zu verstärken. Das Design der Basis wird im 3D-Druckverfahren hergestellt und von einer kleinen Flotte von Robotern vor der Ankunft der Menschen ausgeführt. ISRU wird eingesetzt, da es wirtschaftlich effizienter ist als der Transport von Materialien von der Erde zum Mond. Dies kann dann als Ausgangspunkt für die weitere Erforschung des Mondes dienen. Unser Mondlager besteht aus zwei Abschnitten, von denen einer eine Station auf der Oberfläche ist, in der das Kontrollmodul (CM), das Fahrzeuglagermodul (VSM) und das Wohnmodul (HM) untergebracht sind. In der zweiten, 15 Meter unter der Erde gelegenen Sektion werden unsere RTGs gelagert, die in den dunklen Perioden des Mondzyklus als Notstromaggregate dienen, sowie zusätzliche Lebensmittel und eines unserer Experimente.

 

Unsere Mission besteht aus mehreren Zyklen, wobei jeder neue Zyklus vier zusätzliche Besatzungsmitglieder auf die Basis bringt. Für Experiment 1 wird Regolith zu unseren lunaren Regolith-Verarbeitungseinheiten (LRPU) transportiert, wo seine Eignung als Quelle für Treibstoff, Sauerstoff, Wasser, elektrische Leitfähigkeit und Nährstoffe für das Pflanzenwachstum analysiert wird. Anschließend wird das Wassereis in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten, wobei Methan und Kohlendioxid als Abfallprodukte anfallen. In Experiment 2 wollen wir die Auswirkungen der geringen Schwerkraft und der Sauerstoffkonzentration auf das Pflanzenwachstum untersuchen; diese Forschung wird sich auch auf künftige Langzeitmissionen zum Mond und zum Mars auswirken, wo die Astronauten sich selbst mit Nahrungsmitteln versorgen müssen. 

2.1 Wo wollen Sie Ihr Moon Camp errichten?

Wir haben beschlossen, unser Mondcamp am Rande des Peary-Kraters in der Nähe des lunaren Nordpols zu errichten. Aufgrund der geringen axialen Neigung des Mondes kann dieser Standort fast einen ganzen Mondtag lang Sonnenlicht empfangen und ist damit ideal für die Gewinnung von Solarenergie. Außerdem sind die Temperaturschwankungen in der Nähe des Randes geringer und reduzieren die Kosten für den Bau unserer Basis. Im Gegensatz zu den Kraterrändern herrschen in den Tiefen des Kraters niedrige Temperaturen und wenig Sonneneinstrahlung, aber sie enthalten große Mengen an Wassereis, das geschmolzen werden kann, um Wasser zu trinken oder durch Elektrolyse Wasserstoff und Sauerstoff zu gewinnen. Beide Elemente sind als Treibstoff für unsere Raketen nützlich, während insbesondere der Sauerstoff für die Aufrechterhaltung des menschlichen Lebens und der Aktivitäten auf der Mondbasis unerlässlich ist. Die Nähe dieser Ressourcen trägt dazu bei, die Transportkosten zu senken, und ermöglicht es, mehr Zeit für die Forschung zu verwenden.

2.2 Wie wollen Sie Ihr Mondlager bauen? Beschreiben Sie die Techniken, die Materialien und die von Ihnen gewählte Konstruktion.

Der Bau unserer Basis wird in zwei Phasen erfolgen. In der ersten Phase werden die Fundamente für unsere unterirdischen Module (UGM) mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens gegraben und von einer kleinen Flotte autonomer Roboter ausgehoben. Diese Module beherbergen unsere Reserve-RTGs und Übungsräume; die RTGs werden die anfängliche Energie liefern, um den weiteren Bau der Wohnmodule (HM) zu erleichtern. Dies wird dazu beitragen, die Unterbrechungen der Mission zu minimieren, da die Astronauten direkt vom orbitalen Kommunikationsmodul (OCM) zum HM wechseln können. Während jedoch der Bau der Gesamtstruktur abgeschlossen wird, werden die Astronauten auf der Basis eintreffen, um den Bau abzuschließen. Die Installation von Kommunikationsdiensten mit der Erde und von Geräten für wissenschaftliche Experimente wird für die Astronauten eine Priorität sein. Die Ressourcen werden vor und während der Bauphase mit Hilfe von Raketen und einem Relaissystem transportiert. Nach der Gewinnung von Helium 3 und seltenen Metallen kann die Mondbasis ein Handelsnetz aufbauen, um Einnahmen zu generieren, die die Basis wirtschaftlich unabhängig machen. Wir werden versuchen, vorrangig einheimische Materialien mit geeigneten Eigenschaften zu verwenden, um die Kosten zu senken. Das Fundament der Basis kann beispielsweise aus Mondregolith gebaut werden. Dieser Schwefelbeton, der mit Wasser gemischt wird, hat eine höhere Zugfestigkeit und einen höheren Elastizitätsmodul als Zementbeton, wodurch unsere Basis noch stabiler wird. Darüber hinaus ist der Grundriss unserer Basis kompakt, wobei die Ästhetik zugunsten der Funktionalität geopfert wird, was sich in der Wahl einer Kuppelform widerspiegelt, die eine höhere Festigkeit, eine schnellere Konstruktion und eine höhere architektonische Effizienz bietet.

2.3 Die Umgebung auf dem Mond ist für die Astronauten sehr gefährlich. Erläutern Sie, wie Ihr Moon Camp sie schützen wird. (maximal 150 Wörter)

Für den Bau des Mondlagers wird hauptsächlich Beton aus Mondregolith verwendet, wobei für bestimmte Komponenten (z. B. Sprengtüren oder Aufzugsschächte) Aluminium eingesetzt wird. Aluminium ist aufgrund seines hohen Elastizitätsmoduls und seiner Druckfestigkeit sowie seines geringen Gewichts ein hervorragendes Material für den Bau. Der größte Teil unserer Basis wird aus Mondgestein gebaut, da es sehr vielseitig ist und in verschiedenen Bereichen des Projekts zum Schutz unserer Astronauten eingesetzt werden kann:

1.) Beschichtung zum Schutz des Lagers vor Sonneneinstrahlung

2.) Einschlagschutz vor Meteoriten

3.) strukturelle Verstärkung der Basis (unter Verwendung eines von Space Factory mit NASA-Mitteln patentierten AI-3D-Druckverfahrens)

 Darüber hinaus befinden sich empfindliche Geräte wie Herzfrequenzmesser und RTGs in der UGM, um die schädlichen Auswirkungen von Strahlung auf empfindliche Geräte wie Herzfrequenzmesser und RTGs zu verhindern. Um die Gesundheitsrisiken für unsere Astronauten weiter zu minimieren, wird die Basis von lokalisierten Magnetfeldern (LMF) umgeben, die durch Torus' erzeugt werden. Der Fluss des Überschallplasmas im Torus wird Magnetspulen erzeugen, die eine magnetische Blase um HM und CM bilden und potenziell gefährliche ionisierte Partikel ablenken. 

2.4 Erläutern Sie, wie Ihr Mondlager den Astronauten zur Verfügung stehen wird:

Wasser
Lebensmittel
Strom
Luft

Wasser ist eine grundlegende Ressource sowohl für das Überleben unserer Astronauten als auch für die Forschung zur Gewinnung von Sauerstoff und Wasserstoff für Treibstoff durch Elektrolyse. Da unsere Basis im Einklang mit den langfristigen Zielen der NASA und der ESA als Sprungbrett für weitere Missionen zum Mars dienen wird, ist die Gewinnung und Herstellung von Wasser durch umgekehrte Elektrolyse von entscheidender Bedeutung für eine nachhaltige Erforschung des Planeten. Regionen (wie der Standort unserer Basis) mit reichlich Eis im Regolith oder auf der Oberfläche des Mondes sind ideal für die Gewinnung von Wasser. Das Eis kann geschmolzen und aufbereitet werden, um es trinkbar zu machen. Es wird auch ein in die Basis integriertes Recyclingsystem geben, um den Kreislauf der Lebenserhaltung auf der Basis so geschlossen wie möglich zu gestalten und so die Verschwendung von lebenswichtigem Wasser und Sauerstoff zu reduzieren. Wasser spielt auch eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung der Pflanzenwelt in unserem Gewächshaus, das als Nahrungsquelle für die Astronauten und als Bereicherung für die geistige Gesundheit dient.

Diese müssen zunächst während der Bauphasen von der Erde exportiert werden. Es wird weitere Missionen geben, um Lebensmittel von der Erde zum Mond zu transportieren. Alle Lebensmittel werden in UGM gelagert und können mit unserem Aufzug nach HM und CM gebracht werden. Im Einklang mit einem unserer Missionsziele, eine autarke Basis auf dem Mond zu errichten, werden die Lebensmittel schließlich in unserem Gewächshaus auf dem Mond angebaut, um die Unabhängigkeit der Mondbasis zu erhöhen und die hohen Kosten für den Transport über lange Strecken zu reduzieren. Die Vielfalt der Lebensmittel, die die Astronauten genießen können, wird von Salaten bis hin zu Fleisch- und Fischgerichten reichen, wobei die meisten verderblichen Lebensmittel vorverpackt sind, um ihre Haltbarkeit zu verlängern. Es wird auch von Interesse sein, zu untersuchen, wie Pflanzen, Obst und Gemüse in einer Umgebung mit niedrigem g-Wert wachsen.

Die Energie wird aus einer Reihe von Quellen stammen. Ein erheblicher Teil der Energie wird von der Sonne kommen, wobei monokristalline Solarzellen verwendet werden, da die Standorte der Solarfarm nahezu konstantes Sonnenlicht haben werden. Thermionische Schwungräder werden als Ergänzung dienen, indem sie die Temperaturschwankungen auf dem Mond ausnutzen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Infrastruktur der Mondbasis sowie die Fahrbahn, die regelmäßig von LR befahren wird, mit piezoelektrischen Materialien zu versehen, um die mechanische Belastung durch den Aufprall der Partikel in elektrischen Strom umzuwandeln und gleichzeitig eine zusätzliche Schutzschicht zu bilden. RTGs dienen als Notstromaggregate für Notfälle oder bei Bedarfsspitzen. Schätzungen des typischen Energiebedarfs reichen von 100 kWh bis 10 MWh, je nach langfristiger Größe und Anforderungen der Basis, so dass eine möglichst vielfältige Energiequelle für eine dauerhafte Präsenz auf dem Mond unerlässlich ist.

Zunächst wird der Sauerstoff mit Hilfe von Transportfahrzeugen, die mit OCM verbunden sind, von der Erde zum Mond transportiert, dann wird unsere Mondlandefähre die Basis damit versorgen. Das Eis auf der Mondoberfläche kann geschmolzen und elektrolysiert werden, um Sauerstoff zu erzeugen und so die externe Versorgung zu ergänzen. Wir werden auch die Möglichkeiten erforschen, im Gewächshaus gezüchtete Cyanobakterien zusammen mit synthetischen Mikroben, die auf neuesten Forschungsergebnissen beruhen, für die Photosynthese zu nutzen und so das durch die aerobe Atmung der Astronauten freigesetzte Kohlendioxid zu recyceln und mehr Sauerstoff zu produzieren. Um dies noch weiter zu verbessern, erwägen wir den Einsatz einer hochskalierten Version des MOXIE-Systems der NASA, das durch Elektrolyse von Kohlendioxid atembare Luft erzeugen kann. Überschüssige Luft wird für EVAs oder Notfälle aufbewahrt. Die beiden oben genannten Techniken, die Mikroben und MOXIE (im Maßstab 1:1) verwenden, werden schließlich eine Basis ermöglichen, die nicht auf die Versorgung mit Sauerstoff von der Erde angewiesen ist. Um den Verlust von Luft an die Umgebung zu begrenzen, sind in HM und CM luftdichte Schutztüren aus Aluminium vorgesehen.

2.5 Erläutern Sie, was der Hauptzweck Ihres Mooncamps sein wird.

Das übergeordnete Ziel des Mondlagers ist es, einen bewohnbaren Bereich für die Astronauten zu schaffen, in dem sie wissenschaftliche Untersuchungen durchführen können, einschließlich der Auswirkungen der Mondgravitation und der Bedingungen auf die menschliche Anatomie sowie der Materialeigenschaften des Mondregoliths, insbesondere als Baumaterial und potenzieller Stromleiter. Dies kann dann zu einem größeren Wohngebiet für künftige Generationen ausgebaut werden und möglicherweise wirtschaftliche Vorteile durch Touristen von der Erde bieten, die die Mondbasis besuchen können. Darüber hinaus sehen wir unsere Basis als Sprungbrett für künftige Missionen zum Mars und darüber hinaus, indem wir die Vorteile der niedrigeren Startkosten vom Mond und der kürzeren durchschnittlichen Reisezeit mit flexibleren Startfenstern nutzen. Zusammengefasst wird unsere Basis:

  1. Durchführung von Experimenten, die unser Verständnis der Auswirkungen von niedrigen g auf die menschliche Anatomie und die Materialeigenschaften des Mondregoliths verbessern
  2. Selbstversorgung, um die wachsende menschliche Präsenz auf anderen Welten zu unterstützen
  3. Überbrückung der Lücke zwischen den derzeitigen Robotermissionen zum Mars und der möglichen Anwesenheit von Menschen auf der Marsoberfläche. 
3.1 Beschreiben Sie einen Tag auf dem Mond für Ihre Moon Camp Astronautencrew.

Die Astronauten werden um 6 Uhr morgens geweckt und verrichten Routinearbeiten. Für das Frühstück und die übrigen Mahlzeiten werden Lebensmittel verwendet, die auf der Basis angebaut werden, sowie Lebensmittel, die von der Erde transportiert werden. Am Vormittag wird unsere Gruppe von vier Astronauten in zwei Gruppen aufgeteilt, die Experimente durchführen werden. Gruppe 1 wird Mondregolith von der EVA zurückbringen und Experimente durchführen, um dessen Eigenschaften zu testen, wie z. B. seine Zugfestigkeit und ob es zum Schutz vor Strahlung oder zur Leitung von Elektrizität verwendet werden kann. Gruppe 2 wird im Gewächshaus arbeiten, um die Kultivierung von synthetischen und künstlichen Mikroben und das Wachstum von Pflanzen zu überwachen. Dazu gehört auch die Untersuchung der Versorgung mit essbaren Nahrungsmitteln, der optimalen Bedingungen für das Wachstum von Pflanzen und die Verwendung von Mondmaterialien zu deren Unterstützung. Die beiden Gruppen werden die Experimente abwechselnd durchführen, damit alle ein umfassendes Verständnis für den Betrieb der gesamten Basis erhalten. Die Ergebnisse werden für die Analysesitzungen am Nachmittag aufgezeichnet.

 

Beide Gruppen werden zum Mittagessen zur Basis zurückkehren. Während des Mittagessens werden sie ein Videogespräch mit der Bodenkontrolle auf der Erde führen. Bei diesem Videogespräch wird die Versorgung mit Sauerstoff und Lebensmitteln aufgeschoben, da es der Basis endlich gelungen ist, mit Hilfe des Gewächshauses selbständig Lebensmittel zu produzieren. Nach dem Mittagessen werden die Astronauten ihre körperliche Fitness durch Krafttraining und Laufen auf einem Laufband aufrechterhalten. Messungen ihres Gesundheitszustands wie Herzfrequenz, Lungenkapazität und Blutdruck werden im Rahmen ihres zweiten Experiments durchgeführt, um die langfristigen Auswirkungen einer Umgebung mit niedrigen G auf die menschliche Anatomie zu untersuchen. Die Ergebnisse sollen zeigen, dass sich die Knochenzusammensetzung im Laufe der Zeit verschlechtert und Muskelschwund auftritt. Diese Daten können dann bei der Planung weiterer Mondmissionen verwendet werden, um solche negativen Auswirkungen auf die Gesundheit zu minimieren, z. B. durch künstlich erzeugte Schwerkraft in Zentrifugenhabitaten. Nach dem Mittagessen analysieren die Astronauten die Ergebnisse des Mondregolith-Experiments, wobei sie die elektrische Leitfähigkeit und die thermische Wärmeausdehnung erfassen; diese Daten werden dann zur weiteren Analyse an die Bodenkontrolle auf der Erde übermittelt. Danach nehmen die Astronauten an teambildenden Maßnahmen im CM teil, um ihre Kommunikations- und Kooperationsfähigkeiten aufrechtzuerhalten; es ist wichtig, während längerer Missionszeiträume wie diesem ein gutes Verhältnis innerhalb der Besatzung zu pflegen. Nach dem Abendessen unterhalten sie sich mit ihren Angehörigen auf der Erde. Um eine gute psychische Gesundheit zu erhalten, müssen sie in der Lage sein, mit Heimweh umzugehen, während sie sich auf einer Langzeitmission befinden.

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