In Moon Camp Pioneers hat jedes Team die Aufgabe, ein komplettes Mondlager in 3D mit einer Software ihrer Wahl 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 in ihrem Mondlager beschreiben.
Die Kingston-Akademie Kingston upon Thames-Surrey Vereinigtes Königreich 17, 16 6 / 1 Englisch
3D-Design-Software: Blender
Ziel dieses Projekts ist die Erprobung einer selbsttragenden Basis für 6 Astronauten. Die wichtigsten Experimente dieser Mission sind die Untersuchung der Auswirkungen des Sonnenwinds auf die Mondoberfläche sowie der Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen, die für extreme Lebensräume gezüchtet werden. Unsere Forschungsarbeiten umfassen kürzlich veröffentlichte wissenschaftliche Zeitschriften, die sich mit aktuellen und künftigen Entwicklungen in den Bereichen fortgeschrittene Robotik, In-Situ-Ressourcennutzung (ISRU) und Materialwissenschaft befassen. Unsere Basis wird als Sprungbrett für künftige Forschungen und geplante Missionen auf der Mond- und Marsoberfläche dienen, die im Einklang mit den Zielen der ESA und der NASA stehen, in naher Zukunft Menschen auf Mond und Mars zurückzubringen. Unsere Basis wird sich in erster Linie auf Forschungsziele konzentrieren, aber es gibt auch Möglichkeiten für kommerzielle Projekte wie die Gewinnung von Seltenerdmetallen, die gewinnbringend zur Erde exportiert werden können, um eine nachhaltige Mondwirtschaft zu schaffen, die künftige Investitionen in die Forschung auf dem Mond fördert.
Der Hauptzweck des Stützpunktes besteht darin, ein Konzept für die Schaffung eines autarken Stützpunktes zu entwickeln, der in Zukunft auf einem anderen Himmelskörper eingesetzt werden könnte.
Da die völlig fehlende Atmosphäre des Mondes der Niedrigatmosphäre von Planeten wie dem Mars sehr nahe kommt - mit etwa ≈0,02 kg/m3, was nahezu vernachlässigbar ist - werden wir auch die Auswirkungen des Sonnenwindes untersuchen. Mit dem Solar Wind iOn Reading Device (oder SWORD) werden wir die Muster der Kollisionen des Sonnenwinds mit dem Mond überwachen, so dass wir die Auswirkungen des Sonnenwinds überprüfen können, was für zukünftige Projekte auf anderen Himmelskörpern notwendig sein könnte.
SWORD wurde auf der Grundlage des "Solar Orbiting Heliospheric Imager", kurz "SoloHi", entwickelt. Er verwendet sechs separate interne Sensoren zur Beobachtung der Sonnenaktivität und der Freisetzung sowie ein Paar Sensoren zur Messung von Plasma- und Magnetfeldern.
Die Basis wird auf dem Rand des Amundsen-Kraters errichtet. Sie wird auf einem weitaus kleineren Krater stehen, der sich direkt neben dem Amundsen-Krater befindet.
Der 3D-Entwurf der Basis verwendet eine maßstabsgetreue Wärmebildkarte dieses unbenannten Kraters.
Die Koordinaten dieses Kraters sind 84,5°S 82,8°E.
Der Sinn eines kleineren Kraters besteht darin, dass wir mit viel weniger Aufwand mehrere Höhenschichten unter dem Boden aufbauen können.
Laut NASA- und ESA-Aufnahmen des Mondes wurde in und um den Krater Wasser (in Form von Mundeis) gefunden. Darüber hinaus wurde laut NASA-Berichten festgestellt, dass die Stelle fast durchgehend dem Sonnenlicht ausgesetzt ist.
Der Bau unserer Basis wird als unbemannte Mission beginnen - noch vor der Landung der Astronauten. Mit Hilfe von Robotern, die von der ESA gesteuert werden, werden wir ein Grundgerüst errichten, das den Astronauten als vorübergehendes Wohnquartier dienen wird, bevor die Basis vollständig eingerichtet ist.
Nach dieser ersten Bauphase werden die Astronauten dieses Grundgerüst bewohnen, während wir Teile in 3D drucken, um die Räume sowohl manuell als auch mit Hilfe von Robotern weiter zu bauen. Eine Herausforderung ist dabei der Bau der unterirdischen Bereiche der Basis, der erhebliche Grabungsarbeiten erfordert. Diese werden in den Kraterrand gegraben.
Die Wände des Sockels werden in einem dreischichtigen System aufgebaut, für das wir drei Materialien verwenden werden:
1) Die innerste Schicht ist eine Schicht aus Polyvinylidenfluorid - einem nicht reaktiven, thermisch stabilen Thermoplast. Trotz seiner Festigkeit ist der Kunststoff sehr leicht, so dass große Mengen auf einmal übertragen werden können, ohne dass erhebliche Mehrkosten für den Raumflug entstehen.
2) Die mittlere Schicht wäre ein relativ dünnes Kohlenstofffaser-Silizium-Gitter, das sehr leicht und unglaublich verformbar ist, was es zu einem nützlichen Material mit hohem Nutzwert macht. Da es sich um ein leichtes und dünnes Material handelt, ist es sehr platzsparend für den Transport in großen Mengen.
3) Die äußerste Schicht würde aus 3D-gedrucktem Mondregolith bestehen, das von Talaria-Drohnen von der Oberfläche gesammelt wurde. Wir können diesen ähnlich wie Beton mischen, um eine Regolith-Betonschicht zu erzeugen, die die Außenseite der Basis beschichtet.
Um die Astronauten vor physischen Stößen zu schützen, werden wir bei unserer Konstruktion zwei spezielle Materialien verwenden: Zwischen den Wänden wird ein dünnes, aber flexibles Gitter aus Kohlenstofffasern und Silizium zum Schutz vor physischen Stößen angebracht. Die flexible Beschaffenheit der Kohlefaser verleiht ihr eine dämpfende Wirkung, wodurch sich die Aufprallzeit eines Mikrometeoriten erheblich verlängert und somit die ausgeübte Kraft deutlich verringert wird. Dies verringert das Risiko, dass ein Mikrometeorit einen Raum durchschlägt. Darüber hinaus ist das Kohlefasergitter leitfähig und kann daher als Sensor verwendet werden, um mögliche Schäden an der Basis zu erkennen. Da ein Großteil der Basis unter der Erdoberfläche liegt, bietet sie auch einen natürlichen Schutz vor dem darüber liegenden Boden.
Für den Fall, dass ein Raum durchbrochen wird, ist das Belüftungssystem der Basis so konzipiert, dass es einen Raum automatisch verschließt, sobald die in das Kohlefasergitter eingewebten Sensoren ausgelöst werden. Dies bedeutet, dass ein gefährdeter Raum keinen Sauerstoff verliert und die Sauerstoffversorgung der Basis stabil bleibt. Außerdem liefert der in den meisten Räumen vorhandene Miniatur-Photobioreaktor Ersatzsauerstoff, falls das Belüftungssystem ausfällt.
Zum Schutz vor UV-Strahlung sind die Innenwände der Basis aus dem UV-beständigen Kunststoff Polyvinylidenfluorid gefertigt. Dieser Kunststoff ist sowohl unglaublich widerstandsfähig (er leidet unter 0,3% Abnutzung in 5 Jahren ständiger Nutzung) als auch UV-beständig, so dass die Astronauten nicht von der schädlichen, durchdringenden UV-Strahlung beeinträchtigt werden.
Wasser
Das Wasser wird in einem geschlossenen System verwendet. Mit Hilfe von Algenfarmen und geringen Mengen an chemischen Behandlungen werden wir das Wasser ständig reinigen, damit es trinkbar bleibt. Zusätzliches Wasser für die Vorräte wird aus dem Mundeis gewonnen, das wir schmelzen können, um daraus Wasser zu gewinnen. Das Wasser muss trinkbar gemacht werden, indem schädliches Mondregolith herausgefiltert wird, das im Eis eingeschlossen sein kann.
Lebensmittel
Die Nahrung wird zunächst aus den Vorräten dehydrierter Lebensmittel stammen, die die Astronauten mitbringen werden. Dies wird ihnen eine gewisse Zeit geben, bis sie sich selbst versorgen können. Sobald die Landwirtschaft eingerichtet ist und die ersten Ernten eingefahren werden, wird der Großteil der Nahrungsmittel aus dem Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen und den Fischen aus dem Aquaponik-System stammen. Der Anbau erfolgt in einem Aquaponiksystem, bei dem Fische und Pflanzen eine Symbiose eingehen, wobei die Pflanzen das Wasser der Fische reinigen und die Fische CO2 liefern. Zur Unterstützung gibt es einige zusätzliche dehydrierte Lebensmittel.
Luft
Der Sauerstoff in der Basis wird aus der Algenfarm bezogen. Die Algen - Chlorella Vulgaris - nehmen das durch die Farm gepumpte Co2 auf und nutzen es zur Photosynthese, wobei Sauerstoff freigesetzt wird. Überschüssiger Sauerstoff wird in den Tanks gespeichert, die mit Sauerstoff gefüllt werden, der im Notfall verwendet werden kann.
Bedingungen wie Luftfeuchtigkeit und Druck werden genau überwacht und können manuell angepasst werden.
Macht:
Solarzellen würden das Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln, während die Solarthermie genutzt werden könnte, um Wasser oder andere Flüssigkeiten für verschiedene Zwecke zu erhitzen, z. B. zur Dampferzeugung für Strom oder zur Wärmeversorgung von Lebensräumen. Durch die Nutzung dieser erneuerbaren Energiequellen können wir den Bedarf an kostspieligen und unzuverlässigen Alternativen wie fossilen Brennstoffen oder Kernkraft verringern und eine nachhaltigere Zukunft für die Erforschung und Besiedlung des Mondes fördern.
Feste Abfälle werden durch das Rohrleitungssystem in das Wirtschaftsgebäude transportiert. Im Wirtschaftsgebäude fressen koprophage Würmer feste Abfälle, die dann für die Herstellung von Biobeton verwendet werden können. Alle festen Abfälle werden durch dieses System geleitet, so dass keine weiteren Entsorgungswege erforderlich sind. Wir können die festen Abfälle aber auch zur Düngung der Höfe verwenden, wenn dies erforderlich ist. Die Würmer können auch als Futter für die Fische im Aquaponic-System verwendet werden.
Flüssige Abfälle werden durch die Algenfarm geleitet. Während die flüssigen Abfälle die Algenrohre durchlaufen, entfernen die Algen alle stickstoffhaltigen Abfälle, einschließlich schädlicher Elemente wie Ammoniak, aus dem Wasser. Dieses Wasser wird dann chemisch behandelt, um es trinkbar zu machen, bevor es wieder in das Leitungssystem geleitet wird.
Radiowellen waren die wichtigste Methode der Kommunikation zwischen den Astronauten auf dem Mond und der ESA-Missionskontrolle. Radiowellen sind elektromagnetische Wellen, die sich im Vakuum ausbreiten können - eine Eigenschaft, die sie zusammen mit ihrer Fähigkeit, Daten über große Entfernungen zu übertragen, ideal für die Weltraumkommunikation macht. Um mit den Astronauten auf dem Mond zu kommunizieren, nutzt die ESA ein Netz aus bodengestützten Antennen und Relaissatelliten in der Erdumlaufbahn. Die Antennen auf der Erde senden Funksignale an die Relaissatelliten, die die Signale dann an die Antennen auf der Basis weiterleiten. Dies wird eine effiziente Kommunikation zwischen der ESA und der Cosmic Oasis ermöglichen. Bei früheren Projekten der ESA und der NASA wurde die Funktechnologie bereits in gleicher Weise eingesetzt. Es werden zwar auch andere Technologien für die Weltraumkommunikation entwickelt, wie z. B. die Laserkommunikation, aber bei diesem Projekt werden Funkwellen die wichtigste Methode für diesen Zweck bleiben.
Sonnenwinde sind ein Strom geladener Teilchen, die ständig von der Sonne ausgestrahlt werden und einen erheblichen Einfluss auf die Mondoberfläche und die Umwelt haben. Die Analyse dieser Daten wird mit Hilfe des Solar Wind Ion Reading Device (SWORD) durchgeführt. Das Projekt konzentriert sich insbesondere auf die Analyse der durch den Sonnenwind verursachten Oberflächenaufladung und der damit verbundenen schädlichen Auswirkungen. Das Projekt wird Computersimulationen nutzen, um die Mechanismen hinter diesen Phänomenen weiter zu untersuchen. Die Ergebnisse dieser Forschung werden dazu beitragen, unser Verständnis der Mondumgebung zu verbessern und Einblicke in die Auswirkungen von Sonnenwinden auf andere luftlose Körper in unserem Sonnensystem zu gewinnen. Außerdem werden sie Erkenntnisse für den Bau künftiger Mond- und Marshabitate liefern.
Darüber hinaus stellt die raue Mondumgebung mit ihrer geringen Schwerkraft, den extremen Temperaturschwankungen und dem Fehlen von Atmosphäre und Wasser den Anbau von Nutzpflanzen vor erhebliche Herausforderungen. Daher werden wir auch das Wachstum verschiedener gentechnisch veränderter Nutzpflanzen unter Mondbedingungen untersuchen und ihr Wachstum und ihre Erträge im Vergleich zu nicht gentechnisch veränderten Pflanzen analysieren. Im Rahmen des Projekts wird auch das Potenzial gentechnischer Verfahren zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit von Nutzpflanzen an die Mondumgebung untersucht. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten erhebliche Auswirkungen auf künftige Langzeitmissionen zur Erforschung des Weltraums und die Entwicklung einer nachhaltigen Landwirtschaft im Weltraum haben. Wenn wir das Potenzial gentechnisch veränderter Nutzpflanzen für die Landwirtschaft auf dem Mond verstehen, können wir den Weg für eine nachhaltigere und autarkere menschliche Präsenz auf dem Mond und darüber hinaus ebnen.
Verfahren für Notfälle: Astronauten sollten darauf vorbereitet sein, mit Notfällen wie Geräteausfall, medizinischen Notfällen und Evakuierungen umzugehen.
Psychologische Ausbildung: Astronauten verbringen lange Zeit in Isolation und Gefangenschaft. Psychologisches Training kann ihnen helfen, mit der Isolation umzugehen, unter Stress zu arbeiten und eine positive Einstellung zu bewahren.
Körperliche Ausbildung: Die Astronauten müssen das typische ESA-Training absolvieren
Wissenschaftliche Ausbildung: Die Bedienung des SWORD müsste für alle sechs Astronauten möglich sein. Es wäre eine Ausbildung in Betrieb und Wartung erforderlich.
Aus Sicherheitsgründen wäre auch eine Schulung in der Bedienung des Photobioreaktors erforderlich, damit eine konstante Sauerstoffversorgung schnell wiederhergestellt werden kann.
Lebenserhaltende Systeme: Eine Mondmission erfordert ein autarkes Habitat, das menschliches Leben ermöglicht. Die Astronauten sollten in der Bedienung von Lebenserhaltungssystemen wie Luft- und Wasserrecycling, Nahrungsmittelproduktion und Abfallmanagement geschult werden.
Talaria
Talaria ist ein Langstreckendrohnenmodell, das mit Solarenergie betrieben wird. Es handelt sich um eine Mehrzweckdrohne, die mit einer Reihe von Roboterarmen Gestein und Mundeis aus großer Entfernung einsammelt. Die Drohne wird vom Kommunikationsraum aus ferngesteuert und verfügt über eine direkte Videoübertragung.
Dank der Solarenergie und der Langstreckenkommunikation kann es auf Expeditionen lange Zeit von der Basis entfernt bleiben. Der gekühlte Lagerraum in seinem Rücken ermöglicht es ihm, mit Zielmaterialien wie Mundeis zurückzukehren.
Aegis
Aegis ist ein Fahrzeugmodell mit großer Reichweite, das mit einer wiederaufladbaren Batterie betrieben wird. Die Batterie kann auch durch die auf dem Fahrzeug montierten Solarzellen aufgeladen werden.
Es wird von einer Person gefahren, aber bis zu drei Personen können über einen längeren Zeitraum in dem Fahrzeug leben, da es über die notwendigen Schlafräume verfügt. Es verfügt über einen großen Vorrat an Sauerstoff sowie dehydrierte Lebensmittel (und die Möglichkeit, diese zu rehydrieren).
Da Aegis menschliche Passagiere hat, die keine Raumanzüge tragen werden, ist es luftdicht und gepanzert, um vor jeder Art von Bruch zu schützen.
Iokheira
Iokheira ist ein Kurzstrecken-Aufklärungsfahrzeug, das bis zu zwei Passagiere aufnehmen kann. Es ist oben offen und ermöglicht eine sehr schnelle Kurzstreckenfahrt. Das Fahrzeug bewegt sich schnell, kann aber keine große Ladung aufnehmen und wird zur Erkundung eingesetzt. Es kann auch SWORD für die Überwachung großer Entfernungen transportieren.
Talos
Talos ist die Rakete, die für die Rückkehr zur Erde verwendet werden soll. Sobald die Basis eingerichtet ist, werden Teile von Talos einzeln in 3D gedruckt, um eine Rakete zu bauen, die im Notfall zur Erde zurückkehren kann, falls ein Astronaut gefährdet ist. Da die Basis autark ist, müssen keine Vorräte von der Erde zur Basis gebracht werden.
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