En Moon Camp Pioneers, la misión de cada equipo es diseñar en 3D un campamento lunar completo utilizando el software de su elección. También tienen que explicar cómo utilizarán los recursos locales, protegerán a los astronautas de los peligros del espacio y describirán las instalaciones para vivir y trabajar en su campamento lunar.
ESCUELA DOUKAS Marousi-ATHENS Grecia 15 2 / 0 Inglés
Software de diseño 3D: Fusion 360
Nuestra misión es instalar un campamento en un tubo de lava lunar en cumplimiento del Acuerdo Lunar de la ONU. El nombre del campamento es "PETRALONA"que es una de las cuevas más antiguas utilizadas por el hombre prehistórico en Europa.
Fase 1- PREPARACIÓN. Inicialmente, un orbitador (posiblemente el Gateway) alrededor de la Luna proporcionaría una base para viajes tripulados de varias semanas a la superficie de la Luna en un rover presurizado con el fin de preparar mapas detallados de la superficie y el subsuelo. Una sonda robótica explorará la entrada, las paredes y el túnel del tubo de Marius Hills en relación con la idoneidad para la habitación humana, la existencia de hielo y para desarrollar la logística.
Fase 2- ESTABLECIMIENTO DE LA BASE. Tres vuelos de carga no tripulados con el cohete Ariane 6 y uno tripulado con la nave espacial reciclable de la ESA prepararán el tubo de lava y establecerán los sistemas primarios: ascensor, hábitats presurizados, energía, comunicación y sistemas de suministro de vida.
Fase 3- CAMPAMENTO AUTOSOSTENIBLE. Fabricación y ensamblaje in situ de construcciones de hábitats e infraestructuras. Soporte vital y generación de energía in situ, minería de regolito, extracción de oxígeno, producción de agua, paneles solares y otras plantas de energía, invernadero y producción de combustible. En la meseta de Aristarchus se establecerá una plantación robotizada controlada a distancia para la extracción de hielo y elementos volátiles (N, H, C) y un oleoducto de 300Km la conectará con nuestro campamento.
Fase 4- EXTENSIÓN DE LA BASE. Fabricación y reparación in situ. Exploración y experimentos lunares. Exploración del espacio profundo, apoyo a los viajes a Marte y actividades comerciales.
Establecer el primer asentamiento humano extraterrestre como paso inicial para ampliar las actividades del hombre en el sistema solar y, especialmente, como estación intermedia para viajar a Marte. Servirá como experimento a largo plazo para estudiar la habitabilidad permanente de otro planeta con condiciones de vida poco amigables lejos de la Tierra. Es una oportunidad maravillosa para probar nuevas tecnologías en situaciones reales, la logística de tal intento, los problemas médicos y psicológicos de los astronautas. La Luna ofrece un laboratorio científico único para experimentos de física, química, biología, geología y sociología que no pueden realizarse en la Tierra, relativos a la génesis de la Tierra y la Luna, nuestra protección frente a amenazas espaciales y para la observación avanzada del espacio profundo con nuevos telescopios. Además, la extracción de valiosos recursos lunares (incluidos metales de tierras raras, nuevos minerales y Helio-3), la fabricación de productos espaciales comercializables y el turismo harán avanzar la tecnología, fomentarán el crecimiento económico y crearán perspectivas de empleo gratificantes.
En un tubo de lava en la región de Marius Hills con un tragaluz (58 × 49 m y 40 m de profundidad) y un techo de 20-25 m de grosor, en las coordenadas 14,2°N, 303,3°E. Dicho hábitat estaría completamente protegido de la radiación, las variaciones extremas de temperatura, el bombardeo de meteoritos, la electricidad estática y el polvo del regolito. Evitando las temperaturas extremadamente bajas de los polos se ahorraría casi 30% de la energía necesaria. Así pues, es factible reducir en gran medida el peso, la complejidad, los protocolos especiales y el blindaje en comparación con los hábitats de superficie, ampliando los objetivos y la duración de las misiones científicas, permitiendo el aterrizaje de un mayor número de tripulantes (que trabajarán en condiciones rutinarias y con una psicología mejorada) y una mayor masa de carga útil con fines científicos. El ecuador es el lugar más fácil para aterrizar y en comunicación constante con la Tierra, aunque las noches lunares son un reto para la energía. El suelo maduro de la maria cercana es rico en metales. Los recursos de agua (>500-700 ppm), N, H y C en forma de depósitos piroclásticos son significativos en la meseta Aristarchus. Los datos más recientes muestran una gran abundancia de agua almacenada en perlas de vidrio de impacto.
Durante la preparación se transportará material terrestre, incluidos refugios autodesplegables, unidades de producción/reciclaje de oxígeno y agua, alimentos para un mes, paneles solares y baterías cargadas para el periodo nocturno, módulos de esclusas, aluminio, fibras de carbono, grúa minera, dos rovers robotizados, antenas, impresora 3D, trajes espaciales, pequeñas cantidades de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno.
Tras nivelar el suelo del túnel, el segmento seleccionado se protegerá de la superficie impermeabilizando la claraboya y bloqueando después el lumen inferior a ambos lados con paredes herméticas. Las fenestraciones abiertas en el techo se blindarán con cerámica transparente de oxinitruro de aluminio para conseguir una iluminación natural junto con lámparas que emitan luz visible e infrarroja, UV-A y UV-B para imitar mejor la luz solar. Se creará una zona presurizada con aire respirable de 1 atm.
Los hábitats permanentes se construirán con moldes de regolito e impresión 3D utilizando suelo lunar. Campamento de Petralona consiste en una torre central que contiene un ascensor para cargas pesadas y otro para el personal, que parte del suelo del túnel y se expande a través de la claraboya blindada hasta la superficie lunar en una estructura en forma de cúpula protegida de la radiación por una cubierta de regolito de 2 metros de espesor y dotada de ventanas de cerámica. Es la entrada principal para la tripulación y los vehículos a través de un módulo esclusa. Los rovers también pueden acoplarse allí de forma hermética. En la superficie también se encuentran la plataforma de lanzamiento, las placas solares y un caparazón protector con un cohete para el escape emergente.
Los hábitats, que utilizarán un diseño ortogonal sencillo y de bajo coste, estarán fabricados con materiales ligeros y duraderos, conectados entre sí y con la base de la torre paralela al suelo mediante módulos de esclusas. Incluyen una zona común de ocio y actividades, habitaciones privadas para cada persona (ya que la necesidad de espacio personal es de vital importancia), un centro de control y comunicaciones, laboratorios, instalaciones médicas, invernadero, edificios para los sistemas de reciclaje, procesamiento del regolito, electrolizador, almacenamiento de energía, garaje de mantenimiento y almacén.
Una rampa desde la superficie hasta el suelo del túnel será un acceso alternativo. En el túnel, fuera de las paredes, estarán los depósitos de combustible, la central nuclear y las minas de paleoregolito.
En la superficie lunar, el polvo, el viento solar y la electricidad estática de cientos de voltios, como en los cráteres polares, junto con temperaturas extremas que alternan entre 127 C y -173 C, desgastarán la salud de la tripulación, los dispositivos electrónicos, los paneles solares y otra maquinaria. Si se construye una base lunar dentro de un tubo de lava se obtendrán importantes ventajas operativas, tecnológicas y económicas. Nuestro campamento estará herméticamente protegido del ambiente de la superficie para ofrecer circunstancias habitables en su interior, con temperaturas suaves y constantes en torno a los 17 grados centígrados, en comparación con las salvajes fluctuaciones de las temperaturas diurnas y nocturnas en la superficie de la Luna. Además, todo el puesto de avanzada interno estará lleno de aire respirable presurizado a 1 atm y conectado mediante tuberías con una región rica en agua y volátiles. El techo del tubo de lava seleccionado mide casi 25 m, por lo que ofrece protección absoluta contra micrometeoritos, meteoritos y radiación cósmica, ya que el escudo antirradiación convencional sólo es parcialmente eficaz. También es seguro contra los terremotos lunares y tiene propiedades resistentes. La abundancia de espacio permite la expansión incremental de la base mediante la conexión de hábitats adicionales a través de módulos de esclusas de aire y, en caso de una parte dañada, podría simplemente aislarse del resto cerrando las escotillas compartidas. Además, al estar en el lado cercano a la Tierra, al nivel del ecuador, la comunicación con la Tierra no se ve obstaculizada, lo que protege a la tripulación de cualquier emergencia, especialmente las médicas, que requieren una intervención quirúrgica robótica inmediata controlada a distancia desde un equipo especializado en la Tierra. Debido al entorno protegido y al máximo aislamiento térmico, las necesidades energéticas se reducen, la producción de alimentos será más fácil la agricultura experimental y el cultivo de regolito factible, y las necesidades de agua, aire y energía menores y más económicas. Trabajar en hábitats amplios, cómodos y saludables, sin pesados trajes espaciales, hace que la vida cotidiana sea más parecida a la de la Tierra, lo que mejora su psicología y seguridad.
AGUA
Juntar hidrógeno (procedente del regolito lunar, que el viento solar implanta constantemente 40-50ppm o se recupera de las pilas de combustible de los módulos de aterrizaje después de cada aterrizaje) y oxígeno.
Agua derivada del viento solar almacenada en perlas de vidrio de impacto por toda la superficie de la Luna (7 × 1014 kg).
Depósitos piroclásticos de agua extraída de la cercana meseta de Aristarco (>500-700ppm)
Hielo mezclado con tierra en regiones de sombra permanente o en el paleoregolito del tubo de lava.
Tras la combinación de hidrógeno con CO2 exhalado por la tripulación o con el obtenido de trampas frías lunares (4H2 + CO2 → 2H2O + CH4, Reacción de Sabatier).
Mediante un estricto sistema de reciclado
AIRE
Las instalaciones de producción de aire respirable (20% O2 y 80% Nitrógeno) crean oxígeno
del agua mediante electrólisis
de las plantas del invernadero mediante fotosíntesis
a partir del regolito lunar (como óxidos 40-45% de oxígeno en masa) mediante reducción del regolito con pirólisis (2FeTiO3+2H2 →2Fe+2TiO2+2H2+O2) o a través de un proceso electrolítico con sales fundidas.
El nitrógeno puede extraerse del basalto marino tras calentarlo junto con el H2 y el CO y recuperarse mediante sistemas de reciclado.
ALIMENTOS
Plantas de crecimiento rápido como la col rizada, el boniato, el trigo, las lechugas, los pepinos, los tomates, la soja, la quinoa, los rábanos, los berros, los hongos y las patatas podrían cultivarse hidropónicamente en el invernadero iluminado por LED.
Una acuicultura con especies de modestas necesidades de O2, baja producción de CO2, corto tiempo de eclosión y mínimas necesidades energéticas (de 5 a 20 veces inferiores a las de los mamíferos) como la lubina y el magro cuyos huevos se enviarán desde la tierra. Sin embargo, los mejillones y las gambas son una solución superior en términos de ocupación de espacio e ingesta calórica por masa.
Avicultura-huevos
Producción de carne mediante ingeniería genética en cultivos celulares in vitro
POTENCIA
Un sistema de fisión nuclear de 40 kW
Energía solar. Se puede hacer frente a la larga noche construyendo plantas de paneles fotovoltaicos en lugares dispersos, de modo que al menos uno de ellos esté siempre a la luz del día, o una central eléctrica donde haya luz solar constante o casi constante. Los láseres transportarán energía de las zonas iluminadas por el sol a las regiones en sombra. O almacenar energía durante los 15 días con luz solar.
Los electrolizadores accionados por energía solar dividen el agua en oxígeno e hidrógeno para formar propulsante o recombinarlo en pilas de combustible regenerativas como energía almacenada.
Metano procedente de la reacción de Sabatier y de la pirólisis de basura plástica y residuos de tripulación con oxígeno in situ.
Los artículos no reutilizables se fabricarán con materiales fotoquímicamente degradables tras su exposición a la radiación UV del sol, mientras que los pequeños trozos de basura se procesarán en una incineradora con oxígeno, lo que reducirá drásticamente el volumen de residuos. Todos los restos podrán enterrarse en un cráter cercano a la base o en un tubo de lava con entrada sellada, utilizándolo como vertedero.
Los residuos empaquetados pueden lanzarse lejos de la Luna; por ejemplo, en dirección al Sol (especialmente en el caso de los tóxicos o radiactivos) o a la atmósfera terrestre para una reentrada destructiva planificada sobre una zona deshabitada.
En el soporte vital bioregenerativo, las plantas y bacterias procesan todos los residuos no comestibles de alimentos, excrementos humanos y otros residuos biológicos para convertirlos en algún tipo de fertilizante. El agua higiénica, la transpiración insensible, la cisterna del inodoro mezclada con heces y orina se reciclan con ultrafiltración en agua para verter en el invernadero. El dióxido de carbono exhalado por la cabina combinado con hidrógeno recuperará el agua y producirá metano (Reacción de Sabatier).
En la Luna, las antenas de ondas de radio siempre necesitan contacto visual directo. Los satélites en órbita lunar lo facilitan y también cooperan para el sistema de navegación GPS. Los sistemas avanzados que utilizan Klystrons en el lado cercano al ecuador estarán en comunicación constante con el sistema de estaciones terrestres de la Tierra, incluidas las Antenas del Espacio Profundo. Largo-
La comunicación de largo alcance con los vehículos exploradores u otros campamentos también se consigue a través de los satélites, mientras que la de corto alcance se consigue mediante pequeñas antenas dipolo que pueden enviar hasta diez kilómetros. La comunicación interna de la base puede lograrse mediante cables Ethernet.
Se probará la tecnología LTE/4G o 5G para las comunicaciones en la superficie lunar, ya que el paisaje lunar es en general un terreno abierto y las ondas electromagnéticas se propagan incluso sin atmósfera.
La comunicación óptica basada en láser entre la Tierra y la Luna o entre satélites se establecerá utilizando telescopios ópticos como expansores del haz, lo que permitirá la transferencia de más datos en menos tiempo, como las transmisiones de vídeo 4K o la cirugía robótica sensible al tiempo controlada a distancia desde la Tierra.
TEMAS:
Astronomía, Ciencias del Espacio, Biología, Biotecnología, Sismología, Vulcanología, Ingeniería, Robótica, Informática, Sociología
EXPERIMENTOS:
Telescopios integrados con algoritmos avanzados de pronóstico de alta complejidad para la detección precoz de la colisión de asteroides con la Tierra.
Radiotelescopio que utiliza el lado lejano como plataforma estable para estudiar la radiación del Universo primitivo, protegido de las emisiones de radio terrestres y de otras perturbaciones atmosféricas (por ejemplo, nubes, luz lunar, humedad).
Telescopios de espejo líquido de baja temperatura en ambos polos que observan, libre de fondo térmico, el universo, en el rango infrarrojo, para estudiar orígenes, evolución y propiedades del universo.
Física de astropartículas (por ejemplo, netrinos de alta energía, antipartículas, etc.)
El láser lunar pone a prueba la relatividad general y busca la naturaleza de la materia oscura.
Muestreo de los antiguos cráteres de la Luna para estudiar cómo se formó el sistema Luna-Tierra
Utilizar el viento solar para producir energía
Utilización de carroñeros de electricidad estática en los cráteres polares como bancos de energía
Cirugía robótica a distancia en microgravedad para situaciones de emergencia, con respuesta inmediata en tiempo real desde un centro médico en la Tierra y transmisión de big data.
Materiales ultraligeros para aplicaciones espaciales
Comportamiento y mecanismos de los materiales en entornos extremos, de baja gravedad y con mucho polvo electrostático.
Robótica avanzada para detección en entornos extremos, movilidad, manipulación y detección, calibración y reparación automatizadas y autónomas.
Fabricación en el espacio y montaje autónomo de estructuras y naves espaciales
Levitación electrostática con fuentes de iones iónicos-líquidos
Desarrollo de motores de iones de varios megavatios y propulsión antimateria para Marte
Producir carne en un laboratorio utilizando cultivos celulares vitro derivados de proteínas animales.
Sismología, vulcanología de los tubos de lava
Materiales resistentes a los daños y autorreparables
Técnicas de extracción de oxígeno, agua y otros elementos del regolito
Bioseñales de vida extraterrestre, sobre todo en tubos de lava
Diseño de experimentos para crear datos listos para IA/ML para la cuantificación de la incertidumbre frente a correlaciones engañosas, como guía de soluciones para viajes interplanetarios y nuevos espacios de descubrimiento.
Cómo afecta la microgravedad al crecimiento de los tejidos y la cicatrización de heridas
Sangre sintética y producción de piel
Pruebas de técnicas de blindaje elevado para eliminar las pérdidas térmicas o de aire y las pérdidas volátiles durante la excavación.
Todos los miembros de la tripulación, principal y de reserva, seleccionados para el Moon camp entrenarán juntos, porque tienen que conocerse y también aprender a trabajar juntos de forma eficiente y de acuerdo con las funciones y responsabilidades distribuidas que se les asignen. Todos los nuevos candidatos a astronauta, que tienen diferentes trayectorias profesionales y experiencia, deben alcanzar una base mínima común de conocimientos. Deben aprender medicina, idiomas, robótica y pilotaje, vuelos espaciales e ingeniería de sistemas espaciales, organización de sistemas espaciales, agricultura e informática avanzada.
Se entrenarán en entornos de falta de gravedad, con el traje espacial puesto, para estar preparados para caminar por la Luna.
Se ocuparán de disciplinas técnicas, como ingeniería eléctrica, aerodinámica, propulsión, mecánica orbital, materiales y estructuras, además de iniciarse en disciplinas científicas, como la investigación en microgravedad (en fisiología humana, biología y ciencias de los materiales), la observación de la Tierra, la astronomía y el derecho espacial y los acuerdos intergubernamentales relativos a la cooperación mundial en el espacio.
Deberían ser instruidos para vivir, trabajar y realizar experimentos científicos en el entorno extremo de la Luna a través de una visión general detallada, práctica y en realidad virtual aumentada, de todos los sistemas del campamento (por ejemplo, estructura y diseño del hábitat, lugares de excavación, guiado, navegación y control, control térmico, generación y distribución de energía eléctrica, mando y seguimiento, sistemas de soporte vital, operaciones robóticas genéricas, encuentro y acoplamiento, sistemas para actividades extravehiculares, sistemas de carga útil), así como de los principales sistemas de las naves espaciales y rovers que prestan servicio al campamento. Los astronautas que se preparen para explorar tubos de lava necesitarán formación para atravesar entornos desarrollados verticalmente y explorar cuevas con terreno irregular, rocas afiladas y desprendimientos de rocas, mientras que caminar por la Luna va acompañado de levantamiento de polvo y electrificación.
La formación también incluye la capacitación para hacer frente a situaciones fuera de lo normal, el análisis de fallos y las actividades de recuperación/reparación. Estas misiones no son totalmente independientes sin la presencia de robots. Esto abre una nueva vía hacia la interacción humano-robot.
VIAJAR HACIA Y DESDE LA TIERRA
Aterrizador reutilizable de aterrizaje vertical para la tripulación y para acoplarse a la ISS
Cohete de carga no tripulado
Módulo de aterrizaje reciclable
Cohete preparado para evacuación de emergencia.
Transporte Tierra-Luna sin cohetes mediante un cable fabricado con nanotubos de carbono
VEHÍCULOS EN LA LUNA
Rover presurizados que se acoplan a la base o a otro Rover.
Tractores todoterreno con hoja de bulldozer acoplable en la parte delantera, que transportan un depósito de agua o una caja de carga o de eliminación de residuos y poseen un brazo robótico equipado con una excavadora/pala.
Grúa teleoperada para elevación de cargas pesadas,
Vehículo teleoperado de perforación y excavación de regolito.
Vías férreas por levitación magnética
Teleféricos presurizados que pueden acoplarse a la base.
EXPLORACIÓN LUNAR
Vehículo de exploración multimisión con sistemas autónomos de soporte vital para 4-8 astronautas y autonomía de 200 km, telecomunicación independiente con la Tierra, un dron a bordo, capacidades de reciclado de oxígeno y agua que aumentan el soporte vital hasta 14 días, un conjunto solar y RFC. También puede utilizarse como refugio hasta que llegue ayuda de la Tierra.
DRONES teleoperados, con propulsión por peróxido de hidrógeno o chorros de gas CO2 o levitación electrostática con un propulsor iónico.
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