El proyecto PIONEERS (Permanent International COlonies Near CratErs Exploiting lunar ReSources) pretende establecer una estancia de larga duración en la Luna utilizando un ciclo ecológico cerrado y recursos lunares comunales, lo que permitiría construir varias bases casi independientes.

Para ello, se construirá una base radialmente simétrica dentro de la pared de un cráter lunar en el Polo Sur, como Shackleton. El agua se extraerá y se utilizará como punto de partida de una serie de procesos que permitirán cultivar alimentos, reobtener nutrientes y producir gases esenciales, como dióxido de carbono, oxígeno, hidrógeno o nitrógeno. Los picos de las paredes del cráter albergarán paneles solares para garantizar un suministro eléctrico constante, que podría repartirse entre varias bases. Éstas se cubrirán en caso de riesgos meteóricos, que se detectarán con antelación.

Ocho cúpulas icosaédricas ofrecerán diferentes funciones y albergarán hasta ocho personas, que la utilizarán para investigar zonas cercanas con vehículos exploradores, fabricar productos de baja gravedad para obtener fondos para su mantenimiento y llevar a cabo diferentes experimentos para explorar nuevas tecnologías adecuadas para la vida en la Luna. Además, también se utilizará como puerto espacial para partir hacia Marte en el futuro. La producción in situ de distintas sustancias, como oxígeno, metano e hidrógeno, permitirá abastecer de combustible a las naves espaciales en caso necesario.

En conjunto, la base sería un trampolín para el establecimiento de colonias independientes a gran escala que puedan reutilizar sus recursos y aprovechar los locales, al tiempo que proporcionan un rendimiento científico y comercial.

El Campamento Lunar se construiría dentro de las paredes de un cráter del Polo Sur, como el de Shackleton. De este modo, estaría protegido contra la radiación y los peligros meteoríticos, al tiempo que permitiría construir varias bases a su alrededor. Dada su gran anchura en comparación con la base, esto permitiría futuras ampliaciones para albergar a más personas. El cráter serviría para obtener hielo, que proporcionaría hidrógeno, oxígeno y agua. Además, los llamados picos de luz eterna se utilizarían para lograr una producción eléctrica constante con paneles solares que podrían compartirse, reduciendo así la competencia por colonizar esta zona y fomentando la cooperación.

La base constaría de siete cúpulas icosaédricas conectadas por tubos para mejorar la estabilidad, ya que están formadas por triángulos equiláteros de aleaciones HY para soportar la presión, junto con una cubierta de plástico resistente a los arañazos, especialmente para las zonas exteriores, así como un garaje para el rover. Estas placas se enviarían a la superficie junto con maquinaria móvil accionada por RTG que permitiría perforar el espacio necesario. Esto serviría también como misión preliminar para probar los procedimientos y tecnologías. Además, su sistema de neumáticos podría girar verticalmente y desplegar tubos para distribuir el hielo. Recorrería las paredes superiores del cráter y descendería de nuevo a la base. También se enviarían antenas para la comunicación. Con el tiempo, a medida que aumente la presencia humana, podrían construirse sistemas más complejos para conectar varias bases. El regolito se extraería in situ para formar revestimientos protectores que podrían desplegarse en caso de detectar algún peligro potencial. Estas máquinas polivalentes las procesarían y utilizarían como material para impresoras 3D. Para reducir los costes de esta fase preliminar, sería necesario un programa internacional, así como el uso de lanzadores reutilizables.

Para reducir la exposición a la radiación, la base se enterraría dentro de la pared del cráter con una pequeña salida cubierta de regolito donde se desplegarían los rovers. Éstos estarían recubiertos de material resistente a la radiación y tendrían trajes lunares acoplados de tal forma que el polvo lunar pudiera retirarse de la parte trasera. Además, los rovers estarían dentro de una cámara exterior conectada a la base, donde se mantendrían. El polvo se eliminaría de su superficie bombeando el exceso de dióxido de carbono a los vehículos, y luego se filtraría. Los rovers también podrían manejarse a distancia para realizar operaciones de reconocimiento y evitar la exposición. Se construirían techos de regolito desplegables en zonas sensibles, como los paneles solares, si se detectara algún peligro mediante la observación por satélite. Por último, para reducir el impacto de la baja gravedad, habría un espacio dedicado a la actividad física.

El agua se extraería en forma de hielo de la depresión del cráter y se transportaría a la zona exterior de la base, donde se fundiría con espejos calientes. Una parte de ella se utilizaría en tanques hidropónicos, y también podría obtenerse como producto de desecho de los organismos descomponedores que se alimentan de los restos de las plantas. El dióxido de carbono expulsado por los astronautas se procesaría en la reacción de Sabatier para obtener aún más agua, así como en la reacción de cambio agua-gas. El agua obtenida en forma de vapor se enfriaría y presurizaría para licuarla.

Una de las cúpulas albergaría tanques hidropónicos donde se cultivarían varios tipos de plantas: soja, garbanzos y cacahuetes para obtener proteínas y grasas; patatas para hidratos de carbono; y plantas de hoja verde como las espinacas para obtener minerales útiles como el calcio, crucial para evitar la osteoporosis. También se criarían diatomeas para eliminar dióxido de carbono y producir oxígeno junto con algas multicelulares. Los hongos y bacterias descomponedores se alimentarían de los restos de las plantas en cámaras oscuras como fuente adicional de proteínas y para producir agua y dióxido de carbono y nitrógeno, que serían capturados y devueltos a las plantas, recreando un ciclo del nitrógeno para reducir la necesidad de importar sustancias necesarias para el crecimiento de las plantas.

La energía se generaría principalmente mediante paneles solares desplegados alrededor de los picos de las paredes del cráter, para proporcionar un suministro constante incluso en los periodos oscuros del ciclo lunar. También se distribuiría entre varias bases cuando se construyeran. El hidrógeno obtenido de la electrólisis del agua y del WGS también podría utilizarse en pilas de combustible para obtener más energía. Otras fuentes adicionales de energía serían el calor generado por la cámara de compostaje y el metano generado por el proceso Sabatier, que podría almacenarse como combustible o quemarse.

Se utilizarían varias reacciones para obtener diferentes tipos de gases. El hielo se electrolizaría para obtener oxígeno e hidrógeno, que tendrían varios usos como se ha indicado anteriormente. El oxígeno sería consumido por los residentes y los organismos del compostador, obteniéndose nitrógeno mediante la filtración de sus productos de desecho. Al principio, el nitrógeno y el oxígeno se importarían de la Tierra para establecer la atmósfera de la base, pero podrían producirse a pequeña escala mediante la agricultura a través de descomponedores, plantas y algas, respectivamente. El dióxido de carbono se utilizaría en la reacción de Sabatier para obtener agua y metano, y también se emplearía para eliminar el polvo de los vehículos exploradores. En general, la atmósfera se vigilaría continuamente mediante sensores para detectar cualquier posible fuga, y se almacenarían reservas importadas en caso de accidente. Cualquier gas nocivo, como el CO del WGS, podría liberarse a la atmósfera y ser eliminado por el viento solar.

El campamento desempeñaría varias funciones simultáneamente. Sería un experimento internacional y escalable para probar distintos procedimientos y estrategias con el fin de establecer bases estables e independientes que pudieran compartir recursos locales a través de una red conectada.

Además, las expediciones de gran envergadura, tanto a distancia como mediante EVAs, proporcionarían un conocimiento inestimable de la geología de la Luna, no sólo a nivel de superficie, sino también a niveles más profundos gracias a las máquinas perforadoras. También podría utilizarse para investigar aplicaciones y productos de baja gravedad y exportarlos para abaratar los costes globales, aportando conocimientos científicos variados. A largo plazo, podría utilizarse como futuro punto de lanzamiento de misiones a Marte gracias a su baja gravedad y a la fabricación in situ de propulsantes.

La tripulación se despertaría tras periodos de 8-9 horas de sueño, aunque una pareja de astronautas vigilaría la sala de comunicaciones, contactando tanto con la Tierra como con otras bases cercanas en caso necesario. Estas parejas rotarían regularmente, y se permitiría descansar durante el día al resto de la tripulación. Habría un procedimiento general de exploración, y después la tripulación dedicaría su tiempo a diferentes experimentos científicos en función de su especialidad. Por ejemplo, los geólogos podrían realizar EVAs u operar rovers a distancia; los botánicos podrían supervisar los cultivos y realizar experimentos de baja gravedad en el laboratorio; los ingenieros podrían supervisar las reacciones y ayudar a reparar cualquier fuga, etc. Tras siete horas de trabajo, la tripulación se reunía en la sala central para almorzar y disponer de dos horas libres, en las que podían hacer ejercicio en el gimnasio, someterse a revisiones médicas, relajarse en la sala central, etc. A continuación, se analizarían los datos del material recuperado o de los experimentos realizados, y se llevarían a cabo tareas de mantenimiento como la revisión del compostador, la limpieza de los rovers, etcétera. Los resultados globales se enviarían al final del día en forma de informe diario, revisando aspectos como la viabilidad de los procesos de fabricación, experimentos, sugerencias, etc., y recibirían instrucciones desde la Tierra. No obstante, el canal estaría abierto continuamente y sería supervisado en consecuencia. Si se necesitase algún suministro, la base solicitaría una misión de carga, y lanzadores reutilizables llevarían suministros que descenderían a la superficie, o en el caso de material más delicado, aterrizarían cerca de la entrada, se repostarían y partirían. Si se produjera alguna emergencia en otras bases, la tripulación podría llegar allí a través de sus rovers para prestar asistencia, garantizando respuestas rápidas hasta que llegara más ayuda de la Tierra si fuera necesaria.