Η βάση μας Cartier I επιχειρεί να παρουσιάσει ένα ακριβές μοντέλο για έναν ρεαλιστικό σεληνιακό οικισμό. Το πρώτο βήμα στην προσέγγισή μας σε αυτή την πρόκληση ήταν να απαριθμήσουμε όλα τα προβλήματα που θα έπρεπε να επιλυθούν. Βρήκαμε τα εξής: κατασκευή, τοποθεσία, ζωτικές ανάγκες (τροφή, νερό, αέρας), ενέργεια, ασφάλεια (ακτινοβολία, θερμότητα, ελλείψεις υγείας) και χρησιμότητα. Αυτό που κάνει τη λύση μας να ξεχωρίζει είναι η υψηλή επεκτασιμότητα, η ευκολία εγκατάστασης και η αυτονομία που Cartier I θα είχε.

Η πρώτη αποστολή θα καθοδηγούνταν από τέσσερις αστροναύτες, οι οποίοι θα έφερναν μαζί τους όλους τους οικοδομικούς πόρους.

• Κατά τη διάρκεια της φάσης εγκατάστασης (2-4 εβδομάδες για τις κύριες δομές, 6-8 εβδομάδες για την αυτονομία των τροφίμων), οι αστροναύτες θα κατασκευάσουν τη βάση (που θα εξηγηθεί περαιτέρω παρακάτω) και θα εγκαταστήσουν τις κύριες υποδομές, όπως η άντληση νερού και η παραγωγή ενέργειας.
• Μόλις οι πρωτοπόροι εγκατασταθούν και η βάση είναι αυτόνομη, μπορούν να πραγματοποιηθούν περισσότερες εργασίες για την περαιτέρω επέκταση της βάσης, η οποία θα μπορούσε να γίνει ένας οικισμός μεγάλης κλίμακας που θα κατοικείται από δώδεκα αστροναύτες κάθε φορά, καθώς οι μονάδες είναι ειδικά σχεδιασμένες για να διευκολύνουν την επέκταση.

Δημιουργήσαμε ένα μοντέλο CAD που σχηματίζει το βασικό περίγραμμα του σεληνιακού μας καταυλισμού- αποτελείται από τις τέσσερις κατοικήσιμες μονάδες και τις περισσότερες εξωτερικές υποδομές (εξαγωγή/αποθήκευση νερού και παραγωγή ενέργειας) που Cartier I θα είχε κατά τη διάρκεια της 1ης αποστολής. Τα παρακάτω σχήματα εξηγούν λεπτομερώς τη διαμόρφωση της βάσης και όλων των επιμέρους μονάδων, καθώς και τα συστήματα παραγωγής νερού και ηλεκτρικής ενέργειας.

Αποφασίσαμε να τοποθετήσουμε τον οικισμό απευθείας στον πυθμένα ενός κρατήρα, τα τοιχώματα του οποίου θα λειτουργούσαν ως αποτελεσματική ασπίδα προστασίας από τον ήλιο (αυτό εξαλείφει επίσης την πρόκληση της μεταφοράς πάγου). Όσον αφορά την επιλογή του κρατήρα, πρέπει να ταιριάζουν πολλά κριτήρια: αιώνια σκιά στον πυθμένα, ισχυρός και συχνός φωτισμός στο χείλος και καλές συγκεντρώσεις υδάτινου πάγου. Άλλα πλεονεκτήματα θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν το μέγεθος του κρατήρα (επηρεάζει το χρόνο ταξιδιού), την εγγύτητά του σε άλλες τοποθεσίες ενδιαφέροντος και τον προσανατολισμό του προς δυνητικά αχαρτογράφητες περιοχές του διαστήματος.

Σύμφωνα με τα στοιχεία της αποστολής Chandrayaan-1, το νερό είναι περισσότερο παρόν γύρω από τους πόλους της σελήνης, όπου είναι επομένως πιο πιθανό να βρίσκεται η βάση μας. Η έλλειψη ακριβών δεδομένων για συγκεκριμένους κρατήρες δεν μας επιτρέπει να δώσουμε μια οριστική απάντηση, αλλά οι πιθανοί υποψήφιοι περιλαμβάνουν τον κρατήρα Shackleton (με κορυφές που φωτίζονται για ~94% του έτους), τον κρατήρα Whipple (με προβλεπόμενο παχύ στρώμα πάγου) ή τον κρατήρα Peary (που είναι αρκετά ρηχός).

Σκοπεύουμε να χρησιμοποιήσουμε το κύτος του πυραύλου ως τον κύριο σκελετό της βάσης. Μόλις ο πύραυλος φτάσει σε τροχιά γύρω από το φεγγάρι, θα αποσυναρμολογηθεί σε τέσσερα τμήματα που θα προσγειώνονται ανεξάρτητα. Αυτά τα τέσσερα κυλινδρικά τμήματα θα αποτελέσουν τις τέσσερις ενότητες διαβίωσης που θα χρειαστούν οι αστροναύτες για αυτή την πρώτη αποστολή: μια ενότητα διαβίωσης, μια ενότητα κοινής χρήσης (& άθλησης), μια ενότητα θερμοκηπίου και μια ενότητα έρευνας (βλ. σχηματικές αναπαραστάσεις παρακάτω).

Δεδομένου ότι η εισροή θερμότητας από την ακτινοβολία μπορεί να αγνοηθεί, η μόνη θερμομόνωση που απαιτείται είναι για την απώλεια θερμότητας λόγω ακτινοβολίας (από τη βάση - προς τα έξω) και αγωγιμότητας μέσω του εδάφους. Αυτό μπορεί να γίνει με τη χρήση μόνωσης πολλαπλών στρώσεων - με Kapton ή Mylar - για την ανάκλαση της ακτινοβολίας και με την πάχυνση του τμήματος του κύτους που έρχεται σε επαφή με το έδαφος. Φουσκωτές μονάδες είναι επίσης εφικτές, υπό την προϋπόθεση ότι η βάση τους που έρχεται σε επαφή με το έδαφος είναι επίσης κατασκευασμένη από παχύ μονωτικό υλικό.

Η χρήση του σκελετού του πυραύλου θα μειώσει δραστικά τον χρόνο κατασκευής, καθώς η μόνη κατασκευή που θα απαιτείται θα είναι για τις συνδέσεις μεταξύ των μονάδων, τις εξωτερικές υποδομές και τα εσωτερικά έπιπλα. Οι υποδομές θα συναρμολογηθούν από μικρά ή μεσαίου μεγέθους εξαρτήματα που θα κατασκευαστούν στη Γη- η χαμηλή βαρύτητα θα διευκολύνει τη μεταφορά των μεγαλύτερων εξαρτημάτων.

Αμέσως μετά την άφιξη, η ομάδα θα μεταβεί στο εξωτερικό του κρατήρα για να εγκαταστήσει τους ηλιακούς εκτροπείς και την κεραία επικοινωνίας. Αυτή θα είναι μία από τις μοναδικές φορές που θα χρειαστεί να ταξιδέψουν μεγάλες αποστάσεις (εκτός από την περιστασιακή συντήρηση), καθώς ο καταυλισμός είναι κατά τα άλλα συμπαγής.

Οι κίνδυνοι στους οποίους θα μπορούσαν να εκτεθούν οι αστροναύτες μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες.

Πρώτον, περιβαλλοντικά ζητήματα: όπως εξηγήθηκε προηγουμένως, η συνήθως επιβλαβής ακτινοβολία από το διάστημα δεν θα φτάσει ποτέ στους αστροναύτες στον πυθμένα του κρατήρα, οπότε αυτό το πρόβλημα μπορεί να εξαλειφθεί. Οι μετεωρίτες, από την άλλη πλευρά, θα μπορούσαν δυνητικά να φτάσουν στον καταυλισμό- ωστόσο, γρήγοροι υπολογισμοί (συγκρίνοντας με την ποσότητα που φτάνει στη γήινη ατμόσφαιρα) δείχνουν ότι η πιθανότητα ένας μετεωρίτης να βλάψει μια μονάδα ή έναν αστροναύτη είναι αμελητέα.

Δεύτερον, ελλείψεις υγείας: οι αστροναύτες θα βιώσουν μόνο το ένα έκτο της γήινης βαρύτητας, γεγονός που θα έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια μυών. Για να το αντιμετωπίσουν αυτό, οι αστροναύτες θα κάνουν καθημερινά προπόνηση με μηχανήματα προσαρμοσμένα να λειτουργούν σε συνθήκες χαμηλής βαρύτητας (λάστιχα που τραβούν το άτομο προς τα κάτω, μαγνητική αντίσταση κ.λπ.).

Τρίτον, τεχνικά προβλήματα ή ατυχήματα. Όλες οι μονάδες είναι σφραγισμένες με αεροστεγείς πόρτες και δεν θα επηρεαστούν σε περίπτωση που σπάσει μία από αυτές- παράμετροι όπως η θερμοκρασία ή η σύνθεση του αέρα θα παρακολουθούνται συνεχώς για την αποφυγή ατυχημάτων.

Κατά τη διάρκεια της φάσης εγκατάστασης, οι αστροναύτες θα βασίζονται σε ένα μικρό απόθεμα νερού που θα φέρουν από τη Γη. Μόλις εγκαταστήσουν τις κύριες υποδομές, το νερό θα εξάγεται από τον ρεγολίθ με μια διαδικασία 3 βημάτων.
Το πρώτο βήμα είναι η εκσκαφή: ένα όχημα εξορύσσει κομμάτια του ρεγολίθου και τα μεταφέρει σε έναν θερμικό θάλαμο.
Το δεύτερο βήμα είναι η εξαγωγή: Με τη χρήση ηλιακής ενέργειας, ο θάλαμος θερμαίνεται στους 600Κ περίπου, αναγκάζοντας το νερό να υπολείπεται και να αυξάνει την πίεση της δεξαμενής.
Το τρίτο και τελευταίο βήμα είναι η μεταφορά: αφού περάσει από μια τουρμπίνα (βλ. ενότητα για την ηλεκτρική ενέργεια), οι υδρατμοί συμπυκνώνονται σε ένα σύστημα σωληνώσεων που οδηγεί στη δεξαμενή νερού. Ένας ρυθμιστής θα παρακολουθεί την καθαρότητα του νερού για να βεβαιωθεί ότι είναι πόσιμο- αν χρειαστεί, μπορεί να καθαριστεί περαιτέρω.
Για να αποφευχθεί η σπατάλη, το νερό θα ανακυκλώνεται όπως και στον ISS: από τη διαπνοή των αστροναυτών/φυτών, τα ούρα, το ντους και την αποχέτευση του νεροχύτη.

Τα τρόφιμα θα παράγονται στη μονάδα του θερμοκηπίου (βλ. σχηματικές αναπαραστάσεις παρακάτω).
Τα λαχανικά θα παράγονται σε αεροπονικά και υδροπονικά συστήματα τα οποία χρησιμοποιούν νερό εμπλουτισμένο με θρεπτικά συστατικά (τα θρεπτικά συστατικά μπορούν να συντίθενται από το εξαγόμενο KREEP ή από συμπυκνωμένες προμήθειες που προέρχονται από τη Γη). Στο αεροπονικό σύστημα, οι ρίζες των φυτών θα ψεκάζονται με μια ομίχλη που θα περιέχει όλα τα θρεπτικά συστατικά που χρειάζονται- στην υδροπονία, η άκρη των ριζών θα λούζεται στο διάλυμα (Rockwool ή περλίτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέσο καλλιέργειας). Τα φυτά θα επιλεγούν με βάση την απόδοση της καλλιέργειας, το χρόνο ανάπτυξης και τη θρεπτική αξία (στα φυτά ταχείας ανάπτυξης περιλαμβάνονται το λάχανο, τα φασόλια, το μαρούλι, οι ντομάτες, τα μούρα κ.λπ.) Θα αναπτυχθούν σε ελεγχόμενο περιβάλλον για να λαμβάνουν την ιδανική ένταση/μήκος κύματος φωτός και θερμοκρασία.
Το τεχνητό κρέας θα "καλλιεργείται" με το λουτρό βλαστικών κυττάρων σε θρεπτικό μέσο για τη δημιουργία πρωτεϊνών.
Άλλα μη ευαλλοίωτα συμπληρώματα διατροφής θα φέρονται από τη γη σε επαρκείς ποσότητες.

Κατά τη διάρκεια της φάσης εγκατάστασης, η βάση θα τροφοδοτείται από μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια ραδιοϊσοτόπων, η οποία θα απορριφθεί σε ασφαλή απόσταση από τη βάση όταν δεν θα χρειάζεται πλέον.
Η ηλεκτρική ενέργεια θα παράγεται στη συνέχεια σε συνδυασμό με το νερό σε ένα σύστημα συγκεντρωμένης ηλιακής ενέργειας (CSP):
Οι ανακλαστήρες διπλού άξονα θα τοποθετηθούν σε κορυφές έξω από τον κρατήρα και θα αντανακλούν το ηλιακό φως προς το ίδιο σημείο κοντά στην κατασκήνωση. Ο θερμαντικός θάλαμος που θα τοποθετηθεί εκεί θα παράγει ατμό υψηλής πίεσης, ο οποίος θα περνάει μέσα από μια τουρμπίνα και θα περιστρέφει τα πτερύγιά της- αυτή η περιστροφική κίνηση θα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια από μια γεννήτρια (εξηγείται σχηματικά παρακάτω).
Οι ηλιακοί συλλέκτες θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτική λύση για να μειωθεί η πολυπλοκότητα του συστήματος, αλλά αυτό θα μείωνε την απόδοση (μόνο ~20% απόδοση έναντι ~50% απόδοσης για τις τουρμπίνες) και θα απαιτούσε μεγαλύτερη επιφάνεια.

Όταν πρόκειται για την αναπνοή, υπάρχουν δύο βασικές διεργασίες που πρέπει να εκτελούνται: η δημιουργία O2 και η απομάκρυνση CO2. Το άζωτο (80% του αέρα) που απαιτείται μπορεί να έρθει από τη Γη και δεν θα καταναλωθεί, καθώς είναι αδρανές αέριο.
Το οξυγόνο θα παραχθεί μέσω ηλεκτρόλυσης του νερού. Εφαρμόζοντας μια διαφορά τάσης σε δύο ηλεκτρόδια, μπορούμε να διασπάσουμε τα μόρια H20 για να δημιουργήσουμε υδρογόνο και οξυγόνο (πρέπει να προστεθεί ένας ηλεκτρολύτης για να αυξηθεί η αγωγιμότητα του νερού). Το υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί και αργότερα να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο πυραύλων.
Η πλύση του διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να γίνει με τη χρήση υδροξειδίου του λιθίου (LiOH), το οποίο αντιδρά με το CO2 για την παραγωγή νερού, ή με τη χρήση άπαχης αμίνης (MEA), η οποία απορροφά το CO2 για να γίνει πλούσια MEA, (μπορεί στη συνέχεια να βράσει για να απαλλαγεί από το CO2, το οποίο την κάνει πάλι άπαχη).
Κατά τη διάρκεια της φάσης καθίζησης και αν παρουσιαστεί πρόβλημα με τη διαδικασία ηλεκτρόλυσης, θα χρησιμοποιηθούν κεριά οξυγόνου για να διατηρηθούν τα επίπεδα O2 σε σταθερό επίπεδο 20%.

Πρώτα απ' όλα, Cartier Iο σκοπός του θα είναι επιστημονικός. Η κατασκήνωση θα επιτρέψει στους αστροναύτες να διεξάγουν πειράματα και έρευνες που δεν θα μπορούσαν να γίνουν στη Γη, όπως η συμπεριφορά διαφόρων αντικειμένων σε χαμηλή βαρύτητα ή στο κενό. Θα είναι επίσης μια χρυσή ευκαιρία να αναλυθεί σε βάθος η σύνθεση του ρεγολίθου στους σεληνιακούς κρατήρες. Η κατασκήνωση θα έχει επίσης σημασία στον τομέα της αστροφυσικής: το πλεονεκτικό της σημείο θα επιτρέψει στους αστροναύτες να παρατηρήσουν αστέρια που δεν μπορούν να φανούν από τη γη.

Ο καταυλισμός μας στο φεγγάρι θα χρησιμεύσει επίσης ως σημείο αναφοράς για τον αποικισμό του διαστήματος. Πράγματι, τα διαστημόπλοια θα μπορούν να ανεφοδιάζονται με το αέριο υδρογόνο που δημιουργείται από την ηλεκτρόλυση, γεγονός που θα μπορούσε για παράδειγμα να διευκολύνει ένα ταξίδι στον Άρη.

Σε ένα πιθανό μέλλον, η βάση θα μπορούσε επίσης να έχει έναν πιο προσοδοφόρο στόχο, όπως η πώληση στοιχείων σπάνιων γαιών που μπορούν εύκολα να βρεθούν στο φεγγάρι, ή η ανάπτυξη του διαστημικού τουρισμού.

Οι αστροναύτες ξυπνούν στις 7:00 και έχουν μισή ώρα για να αφιερώσουν την υγιεινή τους και τα προσωπικά τους ενδιαφέροντα.

Στις 7:30, το πλήρωμα μοιράζεται το πρωινό του στη Μονάδα Διαβίωσης, όπου τρώνε προϊόντα που παράγονται στο φεγγάρι και προϊόντα που φέρνουν από τη Γη για να διατηρήσουν μια ισορροπημένη διατροφή. Στη συνέχεια, μια ομάδα δύο αστροναυτών επιβλέπει το ρόβερ καθώς εξάγει τον ρεγολίθ (για να εξαγάγει αργότερα το νερό του), ενώ οι υπόλοιποι δύο αστροναύτες φροντίζουν τον κήπο που έχει εγκατασταθεί στην ενότητα θερμοκηπίων και παρακολουθούν την ανάπτυξη του τεχνητού κρέατος.

Στις 9:00, δύο από τους αστροναύτες εγκαταλείπουν τη βάση για τη συντήρηση των ρόβερ και των υποδομών. Αυτό μπορεί να αποτελείται από πολλαπλές εργασίες, όπως ο καθαρισμός ορισμένων οργάνων, η επαλήθευση της παραγωγικότητας των γεννητριών ή ο έλεγχος της ακεραιότητας του συστήματος σωληνώσεων. Οι άλλοι δύο αστροναύτες παραμένουν στη βάση για να κάνουν κάποιες δουλειές που εγγυώνται την ευημερία του πληρώματος.

Στις 10:30, όλοι οι αστροναύτες συγκεντρώνονται στην κοινόχρηστη μονάδα για να κάνουν κάποιες ασκήσεις, καθώς η χαμηλή βαρύτητα στην επιφάνεια του φεγγαριού μπορεί να αποδυναμώσει τους μύες τους. Μετά από μια ώρα προπόνησης και τριάντα λεπτά ξεκούρασης, τρώνε μεσημεριανό και μπορούν να απολαύσουν το φαγητό που παρήγαγαν στη βάση.

Στις 13:00, το πλήρωμα βγαίνει έξω από τον καταυλισμό για να παρατηρήσει τα αστέρια, τα οποία είναι ευδιάκριτα χάρη στην απουσία φωτορύπανσης. Η παρατήρηση θα σταλεί στη συνέχεια στη Γη, όπου οι επιστήμονες θα μπορέσουν να τα αναλύσουν σε μεγαλύτερο βάθος. Κατά τη διάρκεια του υπόλοιπου "απογεύματος", οι αστροναύτες συλλέγουν δείγματα ρεγολίθου και αναλύουν τη σύστασή τους στην ερευνητική μονάδα, για να επαληθεύσουν παραμέτρους όπως η συγκέντρωση νερού και να διεξάγουν διάφορα άλλα πειράματα. Τα αποτελέσματα αυτά αποστέλλονται επίσης στη Γη γύρω στις 18:30, μετά την οποία οι αστροναύτες έχουν λίγο ελεύθερο χρόνο για να ξεκουραστούν.

Στις 19:00, το πλήρωμα ανασυγκροτείται στη μονάδα διαβίωσης και προετοιμάζει το πρόγραμμα της επόμενης ημέρας. Στη συνέχεια, τρώνε δείπνο στις 20:00 και έχουν μια ώρα για αναψυχή, κατά τη διάρκεια της οποίας συνήθως παίζουν χαρτιά, ακούνε καλή μουσική ή διαβάζουν βιβλία. Αυτός ο ελεύθερος χρόνος είναι απαραίτητος για την εξασφάλιση της ψυχικής τους ευεξίας και τη μείωση του άγχους που συσσωρεύεται κατά τη διαβίωση στο διάστημα.

Το υπόλοιπο της βραδιάς είναι αφιερωμένο στην υγιεινή και την ανταλλαγή με τη γη. Οι αστροναύτες πέφτουν για ύπνο γύρω στις 22:30 για να κοιμηθούν μια ολόκληρη νύχτα, ονειρευόμενοι την απεραντοσύνη του διαστήματος και τις δυνατότητες που επιφυλάσσει το αύριο.