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.
Tercer puesto - Estados miembros de la ESA
Instituto de Oban Oban-Argyll y Bute Reino Unido 16, 15, 14, 13 5 / 1 Inglés
Software de diseño 3D: Fusion 360
Este proyecto pretende crear un campamento base en la Luna. Contamos con algunas cúpulas en la superficie, mientras que la mayor parte de nuestro diseño se situará bajo tierra. La base puede alojar cómodamente a 10 astronautas y posiblemente a más si las tripulaciones trabajan por turnos, y contiene servicios básicos como aseos, dormitorios, una cocina y una zona común, pero también salas más relacionadas con el trabajo como talleres, espacios de almacenamiento, laboratorios y un invernadero. La base también tiene una cúpula adicional separada de la base principal que contiene procesos de alta energía y alta temperatura como cámaras de electrólisis y hornos, esta separación ayuda a proteger la base principal en caso de fallo de estos sistemas. La base está construida principalmente de aluminio debido a su resistencia y ligereza, así como al hecho de que cualquier aluminio adicional necesario para el mantenimiento de la base puede extraerse del mineral del regolito lunar mediante el proceso FFC Cambridge, que es uno de los procesos que se están investigando en esta base. La base también utiliza el suelo lunar como material de construcción para proteger a la tripulación de la radiación.
La razón principal de la instalación de esta base es servir de plataforma de investigación científica en la Luna. Esta base permitiría a los astronautas permanecer estacionados en la Luna durante mucho más tiempo, lo que significaría que podrían llevarse a cabo más experimentos y proyectos en el entorno lunar, lo que a su vez mejoraría significativamente nuestra comprensión de la Luna y de nuestro universo a largo plazo. Otro objetivo importante sería examinar el medio ambiente y el modo en que reaccionan a él determinadas cosas, así como estudiar la superficie lunar, adquirir práctica en el cultivo de alimentos en la Luna y examinar los resultados de la vida a largo plazo en entornos de menor gravedad. Se trataría de información que podría recopilarse y distribuirse fácilmente para su uso científico en la Tierra. Esta información podría ser muy útil en el desarrollo de futuras naves espaciales, en la planificación del futuro entrenamiento de astronautas o incluso en la mejora de la tecnología en la Tierra.
Nuestro campamento base lunar se construiría en el polo sur de la Luna, en la cresta entre el cráter De Gerlache y el cráter Shackleton. Esta ubicación es ventajosa, ya que cuando el sol ilumina esta parte de la luna, se sitúa justo por debajo o por encima del horizonte, creando temperaturas relativamente estables de más de 54°C. El sol ayuda al crecimiento de los cultivos en el invernadero y a la producción de energía para la base gracias a los paneles solares, además de evitar que los equipos se congelen permanentemente. Este lugar también tiene acceso a muchos recursos esenciales, como depósitos de hielo y regolito lunar que contiene minerales como la anortosita. Además, el terreno es muy fácil de recorrer a pie o con un rover debido a las suaves pendientes de las crestas y a la escasez de restos en el suelo. Además, gracias a su orientación, el lugar dispone de conexión directa por satélite con la Tierra.
Como ya se ha explicado, la base está hecha principalmente de aluminio, debido a su disponibilidad tanto en la Luna como en la Tierra y a su ligereza, resistencia y propiedades como material, que también ha sido bien probado en un entorno espacial, ya que la ISS está construida con él. La base está construida principalmente con cúpulas y cilindros para minimizar los puntos de presión en los bordes y reducir el riesgo de brechas en la colina debido a la diferencia de presión con el exterior de la base. Esta elección de diseño también facilita mucho la construcción de la estructura, ya que estas estructuras redondeadas pueden segmentarse y transportarse fácilmente en naves espaciales y ensamblarse. La mayor parte de la base también estará cubierta por unos metros de suelo lunar para protegerla de los desechos voladores y la radiación. El mineral Anortosita también produce Silicio, así como Aluminio en el proceso FFC Cambridge, que puede utilizarse para fabricar algunos componentes de la base en la Luna.
El único equipo que habría que traer de la Tierra son robots de excavación e instalaciones mineras para obtener la tierra, el hielo y el mineral necesarios. Los módulos originales de la base también podrían transportarse a la Luna en naves espaciales para garantizar la supervivencia humana mientras se establece la base permanente. Las impresoras 3D también se utilizarían en la construcción y el mantenimiento de la base, ya que podrían crearse componentes y herramientas específicos a partir de materias primas de plástico y metal que se transportarían desde la Tierra.
Como ya hemos explicado, planeamos construir nuestro campamento en su mayor parte bajo tierra y cubrirlo con suelo lunar por encima para que nuestros astronautas estén protegidos de la radiación solar cuando estén dentro del edificio. El suelo lunar es una buena protección contra la radiación, ya que unos pocos metros de este material protegerán contra la mayoría de los tipos de radiación. Este suelo también protegerá contra los asteroides y los desechos voladores que sufrirán los astronautas y la base. Los astronautas utilizarán trajes espaciales y rovers lunares para mantenerse a salvo y ayudarles mejor cuando viajen fuera de los muros del campamento. Cada módulo está separado de la base principal por esclusas interiores que pueden sellarse y ayudar a mantener con vida a la tripulación en caso de rotura del casco. La base también dispone de un sistema central de limpieza y circulación de aire, pero éste puede aislarse para mantener a unos pocos o a un solo módulo con capacidad de supervivencia en caso de brecha. Los únicos módulos que tienen sus propios sistemas de aire son el taller, el laboratorio científico y la entrada. Esto se hace en caso de que estas salas se contaminen o se vuelvan tóxicas y se pueda evitar que este aire circule por toda la base. La base también dispone de sistemas de filtración de aire para evitar que la tripulación respire gases y partículas nocivos. Por ejemplo, el polvo lunar contiene silicato que, si se inhala en grandes cantidades, puede dañar los pulmones. Todos los procesos de alta energía se mantienen separados de los módulos habitables, lo que puede evitar la destrucción de toda la base en caso de fallo catastrófico. Las tuberías que transportan los productos de estos procesos a la base también tienen cargas activadas por presión que romperán la tubería en caso de un aumento de presión, evitando que la base resulte dañada.
El campamento lunar se abastecerá principalmente del sol mediante 99 paneles solares orientables hacia el sol, que se colocarán alrededor de la base y producirán energía durante el día, alimentando la base y cargando las baterías de iones de litio por la noche. Estos paneles solares producirán un máximo de 135,63 kW, lo que significa que en 12 horas producirán 5,86 MJ en total.
El aire se produce de múltiples maneras, desde la división del agua hasta el proceso FFC Cambridge; el aire de los módulos no incluirá nitrógeno, ya que el ser humano no lo necesita para sobrevivir. El oxígeno se producirá introduciendo agua derretida del hielo en una cámara de electrólisis para dividirla en oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno se transporta a tanques de almacenamiento para ser utilizado como combustible de cohetes y el oxígeno se transporta a la base principal. El proceso FFC Cambridge es más experimental y también produce oxígeno que se utilizará como combustible para cohetes y aire respirable.
El agua se vuelve a producir mediante la fusión de depósitos de hielo y se utiliza para fabricar oxígeno o se conduce a tanques en la base para ser utilizada como agua potable. El agua se filtra para eliminar impurezas y moléculas no potables, de modo que sea potable. Esta agua se utiliza para beber y para otros sistemas, aunque la mayor parte se recicla y se vuelve a filtrar.
La mayoría de los alimentos se importan de la Tierra, pero se complementan con cultivos y alimentos producidos en la Luna. Los alimentos producidos en la Luna no son la principal fuente de alimentos, pero si alguna vez surge un problema con el transporte de alimentos desde la Tierra, la tripulación puede sobrevivir con los productos cultivados en la Luna.
Los residuos orgánicos producidos por los astronautas pueden compostarse o utilizarse como abono para las plantas en crecimiento. También nos gustaría implantar reactores de conversión de basura en gas, ya que pueden utilizarse para convertir la basura en gas que la tripulación podría reutilizar en el edificio o para los vehículos exploradores, ya que los reactores utilizan un proceso de degradación térmica para convertir los residuos en gas. También se utilizará la filtración de aire y agua para limitar la cantidad de residuos. Los residuos líquidos se filtrarán y reciclarán para minimizar el esfuerzo de los sistemas de producción de agua y ayudar a conservar la energía; el agua limpia pero que haya pasado por los sistemas y no se pueda beber se utilizará para los retretes y el riego de las plantas.
Utilizaremos matrices de comunicaciones y una antena parabólica desplegable de alta ganancia de 4,2 metros para enviar comunicaciones al satélite de retransmisión Queqiao como medio para comunicarnos con la Tierra. El satélite de retransmisión Queqiao es un satélite lanzado para estar en una órbita de halo L2, donde se encuentra en el lugar perfecto para poder enviar comunicaciones de la Luna a la Tierra y viceversa sin ningún problema. Esta posición le permite acceder a la cara oculta de la Luna y llegar a la Tierra sin temor a que la Luna bloquee sus transmisiones. Las transmisiones de Queqiao pueden ponerse en contacto con otros satélites LEO para retransmitir los mensajes a la empresa que sea necesaria.
También necesitamos comunicaciones en la Luna. Por ello, se implementarán radios básicas que permitan la comunicación no sólo con los astronautas, sino también con otras bases lunares.
Los temas en los que se centrará nuestra investigación serán el entorno de baja gravedad y la geología. Dado que estos dos temas serán el objetivo principal de la base, la recopilación de información sobre dichos temas será la principal prioridad a la hora de utilizar la investigación. Se utilizarán métodos de perforación para recoger hielo y tierra que puedan ser examinados y experimentados en el campamento. Estos experimentos se llevarán a cabo para obtener más información sobre aspectos concretos, como los componentes del suelo, cómo afecta la radiación a los elementos de la Luna, cuánta información se puede obtener de muestras de suelo y hielo que se remontan a la formación del sistema solar e incluso cómo se cultivan las plantas en suelo lunar, teniendo en cuenta la diferente estructura del suelo.
El gimnasio incorporado a la base, aunque está ahí para apoyar las condiciones físicas y mentales de los astronautas, también estará disponible como método para recopilar información sobre cómo afecta la baja gravedad al cuerpo humano. Esto también puede dar paso a información sobre cómo las rutinas de un individuo se ven afectadas por este peculiar cambio de entorno, a la vez que proporciona información sobre cómo sospechar síntomas de afinidad a la baja gravedad en una persona dependiendo de cómo se encuentre su cuerpo físicamente. También estudiaremos el proceso FFC Cambridge, ya que aún se encuentra en fase experimental debido a la falta de regolito en la Tierra; sin embargo, en la Luna los avances aumentarán drásticamente. Este proceso ayudará a implementar bases lunares más grandes en el futuro debido a que produce materiales de construcción localmente en la luna.
Para ayudar a preparar a los astronautas para la misión lunar que tienen por delante, nos gustaría añadir lo siguiente como parte de su programa de entrenamiento;
Informe detalladamente a los candidatos sobre las condiciones, el entorno que cabe esperar y el tipo de problemas y soluciones que pueden surgir durante el viaje.
Realización de simulacros, ejercicios y pruebas generales en escenarios de entorno lunar con simuladores de los problemas exactos de los que se habla en el informe.
Incorporar el entrenamiento subacuático o en piscina a sus regímenes. Las piscinas pueden simular la sensación de baja gravedad a la que tendrían que acostumbrarse los astronautas antes de partir hacia la Luna. Realizar ejercicios, caminar o simplemente flotar en el agua hará que se adapten a la sensación de baja gravedad y, con el tiempo, les ayudará a aprender a maniobrar en ella con sus trajes. Se ha demostrado que esto ayuda, ya que los astronautas que se preparaban para las misiones Apolo también habían recibido el mismo entrenamiento.
Construye una base simulada. Los protocolos de seguridad pueden aplicarse en bases simuladas para asegurarse de que nadie del equipo se paralice y de que todos sepan cómo comportarse en caso de emergencia. Las bases simuladas también servirán para familiarizarse, ya que brindan a los candidatos la oportunidad de conocer los laboratorios y talleres, a la vez que les ofrecen la oportunidad de ver los habitáculos para acostumbrarse a la distribución.
Entrenamiento en aislamiento de larga duración. Las tripulaciones recibirán formación para trabajar juntas y corporativas en aislamiento de larga duración juntas en una base simulada para simular el aspecto social y los retos de estar solo.
Utilizaremos un rover para llevar y traer a los astronautas a los lugares de misión, a otros posibles campamentos, a yacimientos mineros o simplemente para explorar el terreno. El diseño de nuestro rover prevé que el vehículo utilice energía solar para producir energía, así como un cargador para conectarse a la base principal, que se encargaría de alimentar la máquina. En cuanto a cómo viajaríamos entre la Luna y la Tierra, hemos pensado en utilizar cohetes reutilizables como la nave espacial SpaceX Starship para realizar el viaje. Se trata de una gran idea, ya que los cohetes podrían repostar tanto en la Tierra, con los recursos allí existentes, como en la Luna, con el hidrógeno y el oxígeno separados del agua helada lunar recogida allí. También se suministrarían trajes espaciales para que los astronautas pudieran recorrer el paisaje lunar a pie. Sin embargo, el tiempo de EVA sería limitado debido a la exposición a la radiación.
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