Nuestra base Cartier I intenta presentar un modelo preciso para un asentamiento lunar realista. El primer paso en nuestro planteamiento de este reto consistió en enumerar todos los problemas que habría que resolver. Encontramos los siguientes: construcción, ubicación, necesidades vitales (alimentos, agua, aire), energía, seguridad (radiación, calor, deficiencias sanitarias) y utilidad. Lo que hace que nuestra solución destaque es la gran extensibilidad, facilidad de instalación y autonomía que Cartier I tendría.

La primera expedición estaría encabezada por cuatro astronautas, que llevarían consigo todos los recursos de construcción.

• Durante la fase de asentamiento (2-4 semanas para las estructuras principales, 6-8 semanas para la autonomía alimentaria), los astronautas construirán la base (que se explica más adelante) y montarán las infraestructuras principales, como la extracción de agua y la generación de energía.
• Una vez que los pioneros se hayan asentado y la base sea autónoma, podrán llevarse a cabo más operaciones para seguir ampliando la base, que podría convertirse en un asentamiento a gran escala habitado por una docena de astronautas a la vez, ya que los módulos están especialmente diseñados para facilitar la expansión.

Hemos creado un modelo CAD que esquematiza el esquema básico de nuestro campamento lunar; consta de los cuatro módulos habitables y la mayoría de las infraestructuras externas (extracción/almacenamiento de agua y producción de energía) que Cartier I durante la 1ª expedición. Los siguientes esquemas explican en detalle la configuración de la base y de todos los módulos individuales, así como los sistemas de generación de agua y electricidad.

Hemos decidido situar el asentamiento directamente en el fondo de un cráter, cuyas paredes servirían de eficaz parasol (esto elimina también el reto del transporte de hielo). En cuanto a la elección del cráter, deben coincidir muchos criterios: sombra perpetua en el fondo, iluminación fuerte y frecuente en el borde, y buenas concentraciones de hielo de agua. Otras ventajas podrían ser el tamaño del cráter (influye en el tiempo de viaje), su proximidad a otros lugares de interés y su orientación hacia regiones del espacio potencialmente inexploradas.

Según los datos de la expedición Chandrayaan-1, el agua está más presente alrededor de los polos de la Luna, que es por tanto donde es más probable que esté nuestra base. La falta de datos precisos sobre cráteres concretos impide dar una respuesta definitiva, pero entre los posibles candidatos figuran el cráter Shackleton (con picos iluminados durante ~94% del año), el cráter Whipple (con una gruesa capa de hielo prevista) o el cráter Peary (que es bastante poco profundo).

Tenemos previsto utilizar el casco del cohete como esqueleto principal de la base. Una vez que el cohete alcance la órbita lunar, se desmontará en cuatro secciones que aterrizarán de forma independiente. Estas cuatro secciones cilíndricas constituirán los cuatro módulos habitables que los astronautas necesitarán para esta primera expedición: un módulo habitable, un módulo comunal (y deportivo), un módulo invernadero y un módulo de investigación (véanse los esquemas más abajo).

Dado que la entrada de calor por radiación puede ignorarse, el único aislamiento térmico necesario es para la pérdida de calor por radiación (desde la base hacia el exterior) y por conducción a través del suelo. Para ello, se puede utilizar un aislamiento multicapa -con Kapton o Mylar- para hacer rebotar la radiación y engrosar la parte del casco en contacto con el suelo. También son concebibles los módulos hinchables, siempre que su base en contacto con el suelo también esté hecha de material aislante grueso.

La utilización del armazón del cohete reducirá drásticamente el tiempo de construcción, ya que sólo será necesario construir las conexiones entre los módulos, las infraestructuras exteriores y el mobiliario interior. Las infraestructuras se ensamblarán a partir de piezas pequeñas o medianas construidas en la Tierra; la baja gravedad facilitará el transporte de las piezas más grandes.

Poco después de llegar, el equipo se desplazará al exterior del cráter para instalar los deflectores solares y la antena de comunicaciones. Esta será una de las únicas ocasiones en las que tendrán que recorrer grandes distancias (aparte del mantenimiento ocasional), ya que por lo demás el campamento es compacto.

Los peligros a los que podrían estar expuestos los astronautas pueden clasificarse en tres categorías.

En primer lugar, las cuestiones medioambientales: como ya se ha explicado, la radiación habitualmente nociva del espacio nunca llegará a los astronautas en el fondo del cráter, por lo que este problema puede eliminarse. Los meteoritos, por otra parte, podrían llegar al campamento; sin embargo, cálculos rápidos (comparando con la cantidad que llega a la atmósfera terrestre) muestran que la probabilidad de que un meteorito dañe un módulo o a un astronauta es insignificante.

En segundo lugar, las deficiencias de salud: los astronautas sólo experimentarán una sexta parte de la gravedad terrestre, lo que provocará una pérdida de masa muscular. Para contrarrestarlo, los astronautas realizarán una rutina diaria de ejercicios con máquinas adaptadas para trabajar en baja gravedad (elásticos para tirar de la persona hacia abajo, resistencia magnética, etc.).

En tercer lugar, problemas técnicos o accidentes. Todos los módulos están sellados por puertas herméticas y no se verán afectados si uno se rompe; parámetros como la temperatura o la composición del aire se controlarán constantemente para evitar accidentes.

Durante la fase de asentamiento, los astronautas dependerán de un pequeño suministro de agua traído de la Tierra. Una vez que hayan instalado las infraestructuras principales, el agua se extraerá del regolito en un proceso de 3 pasos.
El primer paso es la excavación: un rover extrae trozos de regolito y los lleva a una cámara de calor.
El segundo paso es la extracción: Mediante energía solar, la cámara se calienta hasta unos 600 K, lo que obliga al agua a sublimarse y aumenta la presión del depósito.
El tercer y último paso es el transporte: tras pasar por una turbina (véase la sección de electricidad), el vapor de agua se condensa en un sistema de tuberías que conduce a la cisterna de agua. Un regulador controlará la pureza del agua para asegurarse de que es potable; si es necesario, puede purificarse aún más.
Para evitar residuos, el agua se reciclará de forma similar a la de la ISS: a partir de la transpiración de astronautas y plantas, la orina, la ducha y el desagüe del lavabo.

Los alimentos se producirán en el módulo de invernadero (véanse los esquemas más abajo).
Las verduras se producirán en sistemas aeropónicos e hidropónicos que utilizan agua enriquecida con nutrientes (los nutrientes pueden sintetizarse a partir de KREEP extraído, o suministros concentrados traídos de la Tierra). En el sistema aeropónico, las raíces de las plantas se rociarán con una niebla que contiene todos los nutrientes que necesita; en el hidropónico, la punta de las raíces se bañará en la solución (se puede utilizar lana de roca o perlita como medio de cultivo). Las plantas se elegirán en función de su rendimiento, tiempo de crecimiento y valor nutritivo (entre las plantas de crecimiento rápido se incluyen la col rizada, las judías, la lechuga, los tomates, las bayas, etc.). Crecerán en un entorno controlado para recibir la intensidad/longitud de onda de luz y la temperatura ideales.
La carne artificial se "cultivará" bañando células madre en un medio nutritivo para crear proteínas.
Otros complementos alimenticios no perecederos se traerán de la tierra en cantidades suficientes.

Durante la fase de asentamiento, la base se alimentará con un generador termoeléctrico de radioisótopos, que se desechará a una distancia segura de la base cuando ya no sea necesario.
A continuación, se producirá electricidad junto con el agua en un sistema de energía solar concentrada (CSP):
Se colocarán reflectores de seguimiento de dos ejes en los picos exteriores del cráter, que reflejarán la luz solar hacia el mismo punto, cerca del campamento. La cámara de calentamiento situada allí producirá vapor a alta presión, que pasará por una turbina y hará girar sus aspas; este movimiento giratorio será convertido en electricidad por un generador (explicado en un esquema más abajo).
También podrían utilizarse paneles solares como alternativa para reducir la complejidad del sistema, pero esto disminuiría el rendimiento (sólo ~20% de eficiencia frente a ~50% de eficiencia de las turbinas) y requeriría una superficie mayor.

Cuando se trata de respirar, hay dos procesos esenciales que deben llevarse a cabo: crear O2 y depurar CO2. El nitrógeno (80% del aire) necesario puede traerse de la Tierra y no se consume, ya que es un gas inerte.
El oxígeno se obtendrá por electrólisis del agua. Aplicando una diferencia de tensión a dos electrodos, podemos dividir las moléculas de H20 para crear hidrógeno y oxígeno (hay que añadir un electrolito para aumentar la conductividad del agua). El hidrógeno puede almacenarse y utilizarse posteriormente como combustible para cohetes.
La depuración del dióxido de carbono puede realizarse utilizando hidróxido de litio (LiOH), que reacciona con el CO2 para producir agua, o utilizando amina pobre (MEA), que absorbe el CO2 para convertirse en MEA rica, (después puede hervirse para deshacerse del CO2, lo que la vuelve pobre de nuevo).
Durante la fase de asentamiento y si se produce un problema con el proceso de electrólisis, se utilizarán velas de oxígeno para mantener los niveles de O2 a un 20% estable.

Lo primero y más importante, Cartier Itendrá una finalidad científica. El campamento permitirá a los astronautas realizar experimentos e investigaciones que no podrían hacerse en la Tierra, como el comportamiento de diversos objetos en baja gravedad o en el vacío. También será una oportunidad de oro para analizar en profundidad la composición del regolito en los cráteres lunares. El campamento también tendrá importancia en el campo de la astrofísica: su posición ventajosa permitirá a los astronautas observar estrellas que no pueden verse desde la Tierra.

Nuestro campamento lunar también servirá de punto de partida para la colonización espacial. De hecho, las naves espaciales podrán repostar con el gas hidrógeno creado a partir de la electrólisis, lo que podría facilitar, por ejemplo, un viaje a Marte.

En un futuro potencial, la base también podría tener un objetivo más lucrativo, como la venta de elementos de tierras raras que pueden encontrarse fácilmente en la Luna, o el desarrollo del turismo espacial.

Los astronautas se despiertan a las 7:00 y tienen media hora para dedicar a su higiene e intereses personales.

A las 7:30, la tripulación comparte un desayuno en el módulo de vida, donde comen tanto productos producidos en la Luna como productos traídos de la Tierra para mantener una dieta equilibrada. A continuación, un grupo de dos astronautas supervisa el rover mientras extrae regolito (para posteriormente extraer su agua) mientras los otros dos astronautas se ocupan del huerto instalado en el módulo invernadero y vigilan el crecimiento de la carne artificial.

A las 9:00, dos de los astronautas abandonan la base para realizar tareas de mantenimiento de los rovers y las infraestructuras. Esto puede consistir en múltiples tareas como limpiar algunos de los instrumentos, verificar la productividad de los generadores o comprobar la integridad del sistema de tuberías. Los otros dos astronautas permanecen en la base para realizar algunas tareas que garanticen el bienestar de la tripulación.

A las 10:30, todos los astronautas se reagrupan en el módulo común para hacer algunos ejercicios, ya que la baja gravedad de la superficie lunar puede debilitar sus músculos. Tras una hora de entrenamiento y treinta minutos de descanso, almuerzan y pueden disfrutar de la comida que han producido en la base.

A las 13:00, la tripulación sale del campamento para observar las estrellas, que son claramente visibles gracias a la ausencia de contaminación lumínica. A continuación, las observaciones se enviarán a la Tierra, donde los científicos podrán analizarlas con mayor profundidad. Durante el resto de la "tarde", los astronautas recogen muestras de regolito y analizan su composición en el módulo de investigación, para verificar parámetros como la concentración de agua y realizar otros experimentos diversos. Estos resultados también se envían a la Tierra en torno a las 18:30, tras lo cual los astronautas disponen de tiempo libre para descansar.

A las 19:00, la tripulación se reagrupa en el módulo de estar y prepara el programa del día siguiente. Después cenan a las 20:00 y disponen de una hora de ocio, durante la cual suelen jugar a las cartas, escuchar buena música o leer libros. Este tiempo de ocio es esencial para garantizar su bienestar mental y disminuir el estrés que se acumula al vivir en el espacio.

El resto de la noche se dedica a la higiene y al intercambio con la Tierra. Los astronautas se acuestan hacia las 22:30 para dormir toda la noche, soñando con la inmensidad del espacio y las posibilidades que les depara el mañana.