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.
Primer puesto - Estados miembros de la ESA
Gimnasio Nad Aleji Praga-Praga República Checa 13, 15 2 / Inglés
Software de diseño 3D: Fusion 360
https://www.osymo.com/moonbase
Una de las contribuciones de la ESA al programa Artemis podría ser una pequeña nave lunar. refugioque posteriormente se transformará en una base lunar. Presentamos un refugio lunar de este tipo para dos astronautas.
El criterio principal era que la cubierta pudiera transportarse a la Luna utilizando el EL3, que tiene una carga útil de 1,5 toneladas hasta la Luna. No conseguimos cumplir totalmente este límite de peso, pero no es irrealista que se alcance tras nuevas modificaciones y el desarrollo del diseño. Teniendo en cuenta un peso tan bajo, el equipamiento del refugio es muy básico, pero puede servir bien a su propósito en las etapas iniciales de la exploración lunar.
El refugio consiste en un módulo y una no sellada porche. El módulo alberga la mayor parte del equipo y en él vive y trabaja la tripulación. Encima del módulo hay un porche que sirve de almacén para el equipo exterior, las muestras que no se van a analizar in situ, etc. La tripulación va del módulo al refugio y luego a la superficie a través de una esclusa colocada de forma poco convencional en el techo del módulo. Esto facilita la construcción del escudo antirradiación y simplifica el diseño general.
La colonización de la Luna nos reportará muchos beneficios. Se convertirá en un trampolín para la exploración del Sistema Solar. Los descubrimientos y tecnologías desarrollados durante la construcción de la base en la Luna también nos ayudarán en la Tierra.
El objetivo de nuestro refugio es disponer de una base en la Luna en torno a la cual puedan construirse otros asentamientos. En él se probarán todas las tecnologías necesarias para la construcción de otros módulos.
En el futuro, tenemos previsto utilizar la base principalmente con fines científicos y técnicos. Allí se desarrollarán tecnologías para el viaje a Marte. Utilizando ISRU podemos construir sondas enteras en la Luna y enviarlas al Sistema Solar. Podemos trabajar en nuevos sistemas avanzados de soporte vital o hacer astronomía infrarroja. También será importante el uso comercial, que garantizará la financiación de la base en el futuro.
El refugio está hecho para un máximo de 5 días de oscuridad, por lo que las opciones de ubicación de la base están en realidad muy limitadas a unas pocas zonas del Polo Sur, concretamente el borde del cráter Shackleton. Si estuviera a oscuras más de cinco días, se congelaría. Al tener 18 m de altura, el panel solar estará iluminado incluso más tiempo que el resto de la base.
La iluminación es el único criterio limitante para la ubicación del refugio en sí, pero hay que tener en cuenta el desarrollo posterior que necesitará acceso al hielo de agua en regiones permanentemente sombreadas. Afortunadamente, el borde del cráter Shackleton también cumple este criterio.
El refugio se traerá íntegramente desde la Tierra. Se lanzará con Ariane 6 + EL3, o más bien con Ariane NEXT + EL3 (o algún sucesor del EL3). Tras el lanzamiento y el sobrevuelo de la Luna, el EL3 aterrizará con el refugio y se descargará del EL3. Aún no hemos diseñado el mecanismo exacto de descarga del refugio, porque no sabemos cómo será exactamente el EL3.
Lo único que se utilizará para "construir" el refugio será el regolito lunar como escudo contra la radiación. Finalmente, se colocarán 16 bolsas de regolito alrededor del refugio, que proporcionarán 0,5 metros de blindaje contra la radiación. Las bolsas se llenarán con la excavadora RASSOR. Esta máquina transporta hasta 700 kg de regolito al día. Cada bolsa contiene 1200 kg de regolito. Durante la primera misión, sólo se llenarán cuatro sacos alrededor de los dormitorios, lo que llevará 7 días. RASSOR siempre recoge el regolito y luego sube por la rampa hasta la parte superior de los sacos, donde vierte el regolito. La tripulación tendrá que reubicar la rampa después de llenar cada bolsa. El resto tendrá lugar en modo autónomo.
En cuanto a la construcción del refugio, utilizamos principalmente un compuesto de carbono ligero pero resistente, que nos permitió reducir el peso total.
En el futuro, las bolsas ya no se utilizarán para blindar contra la radiación, sino para imprimir en 3D a partir del regolito. Podrá utilizarse para fabricar garajes para vehículos exploradores y para crear protecciones para hábitats hinchables.
En la Luna, nos encontramos con varios tipos de radiación, a saber, la GCR, la SPE y la radiación secundaria creada tras la interacción de la GCR o la SPE con los materiales. Dada la corta duración de la misión (14 días), la dosis recibida del GCR es aceptable (como sabemos gracias a Apolo). El problema sería si la tripulación en el interior fuera alcanzada por el SPE. Aunque la probabilidad es baja, podría tener consecuencias fatales. Por lo tanto, durante la primera misión, se añadirán 0,5 m de blindaje de regolito alrededor de los cuartos de la tripulación y se completará alrededor de todo el refugio durante las siguientes misiones. Esto bastará para proteger contra las pequeñas tormentas solares. A medida que se prolonguen las misiones, será necesario añadir blindaje adicional contra las grandes tormentas.
Los micrometeoroides son menos comunes en el espacio lunar y los desechos orbitales no están presentes en absoluto, por lo que 3 mm de compuesto de carbono y MLI los detendrán. Si se añade blindaje de regolito, la seguridad aumenta aún más.
Un porche sirve de protección contra el polvo. Su interior estará semilimpio y servirá, entre otras cosas, para guardar cosas que no puedan estar en el módulo. Los astronautas se limpian cuidadosamente antes de entrar en el porche. El polvo que penetra en el interior es filtrado por un sistema de revitalización de la atmósfera, concretamente un filtro situado en cada bidón de hidróxido de litio. La salida del sistema de revitalización de la atmósfera se encuentra en las dependencias de la tripulación.
Otro aspecto es el entorno térmico. Durante la estancia de la tripulación en las luces, los sistemas del refugio tendrán 8 kW de potencia de entrada que será necesario irradiar. Utilizaremos un radiador de 10 m de largo para irradiar el exceso de calor. Durante los cinco días de oscuridad, cuando la tripulación no esté presente, la cubierta perderá 48 kWh, que deberán ser suministrados por baterías de iones de litio para evitar que los sistemas se congelen.
El aire limpio lo suministra el sistema de control de la atmósfera. El oxígeno se suministra desde tanques de presión a una presión de 40 MPa. Se necesitan 23 kg de oxígeno para la misión, con una reserva hay 35 kg de oxígeno en los tanques. Este se dosifica en la sección de revitalización del aire para que la concentración en la atmósfera sea de 21%. El CO2 se elimina con LiOH. La tripulación produce 29 kg de CO2 por misión, para cuya captura se necesitan 32 kg de LiOH, tras añadir una reserva de 48 kg.
Será necesario reponer nitrógeno debido a las fugas de la esclusa 10% por ciclo. Habrá un suministro de 20 kg en la cubierta.
Los alimentos se importan de la Tierra. Cada día se preparan 3 comidas, lo que hace un total de 84 comidas por misión. Cada comida pesa 0,8 kg.
El agua es el único producto básico que se recicla. Cada miembro de la tripulación consume 4,4 kg de agua al día. Se produce más agua de la que se consume, ya que se forma durante la reacción del LiOH con el CO2 y durante la respiración. Se necesitan 8,8 kg de agua limpia al día y se producen 12,7 kg. El agua que se limpia procede del inodoro (orina) o del intercambiador de calor (condensado atmosférico). El condensado tiene una concentración de sustancias lo suficientemente baja como para que pueda limpiarse directamente mediante ósmosis directa. La orina se destila primero al vacío. Lo que queda después de la ósmosis se limpia de nuevo mediante destilación al vacío. La eficacia del sistema es superior a 80%, por lo que siempre se produce más agua de la que se consume.
La potencia de los sistemas de base es de 8 kW, la mitad de la que puede suministrar IROSA. En gravedad parcial no puede utilizarse sin modificaciones, pero se usa como referencia.
Los residuos en la Luna son un asunto delicado, porque no podemos dejar que se quemen en la atmósfera como en la ISS. Además, es más caro transportarlos a la Luna, por lo que hay que actuar con prudencia. La tripulación produce unos 20 kg de residuos con un volumen de 0,2 m3 por misión. Aunque el refugio actual no puede reciclarlos de ninguna manera, los almacenamos en contenedores y los guardamos en el porche para su uso posterior. Los residuos consistirán principalmente en envases de papel y plástico, o restos de comida, de los que se puede obtener carbono, que es escaso en la Luna. Podemos utilizar plástico que luego se puede reciclar y utilizar para la impresión en 3D. Del mismo modo, se almacenan los residuos sólidos del inodoro, que serán valiosos para cultivar plantas en el futuro. La orina se recicla y se convierte en agua potable.
Utilizaremos la constelación Moonlight para la comunicación, a través de la cual se enviarán principalmente los datos del refugio. A pesar de ello, el escudo tendrá la capacidad de comunicarse directamente con la Tierra de forma limitada. También utilizaremos la luz de la Luna para determinar la posición. Siempre existirá la posibilidad de que un astronauta o un rover se comuniquen directamente con el refugio, pero la elección básica es Moonlight, también porque el horizonte desde una altura humana está a sólo 2,4 km en la Luna.
Como se dijo al principio, el objetivo principal de este refugio es tener una base en torno a la cual seguir construyendo, por lo que el equipamiento científico es más bien minimalista. Por tanto, las principales áreas de interés son la geología y las posibilidades de utilizar los recursos locales. Los conocimientos adquiridos se utilizarán en posteriores asentamientos.
El refugio alberga un laboratorio que dispone de una guantera para examinar muestras de superficie y prepararlas para experimentos posteriores. La guantera incluye un microscopio de fluorescencia para estudiar las muestras. La guantera está hecha de tal manera que las muestras no entran en contacto con el interior del refugio en absoluto. Otra parte del laboratorio es la cámara de crecimiento, donde se estudia el cultivo de plantas en el medio lunar. Por ejemplo, se puede explorar el cultivo en regolito. El laboratorio también cuenta con un pequeño horno y una prensa, que se utilizarán para probar la sinterización del regolito en diferentes condiciones y su posterior resistencia. Esto proporcionará datos valiosos que podrán utilizarse posteriormente para el desarrollo de la impresión 3D a partir del regolito.
Las herramientas diseñadas para EVA incluyen martillos, tenazas, tamices, perforadoras de testigos y otros equipos de exploración geológica. También se dispondrá de espectrómetros para el análisis rápido de rocas. En el exterior de la base podrá haber instrumentos para medir la meteorología espacial o los impactos de micrometeoritos.
En el futuro se añadirán aparatos médicos, otros instrumentos para el estudio de las rocas, como el microscopio electrónico, e instrumentos para el estudio de la física y la química en gravedad parcial. Más adelante, se empezará a realizar astronomía en nuestra base.
La formación consistirá principalmente en aprender con los sistemas individuales del refugio. Es necesario aprender cómo comportarse en caso de avería y cómo repararla. A continuación, se entrenarán las operaciones individuales. Los principales objetivos de la primera misión incluyen la creación de blindaje contra la radiación del regolito, por lo que se practicará el trabajo en el exterior lunar y el trabajo con RASSOR. La última área de entrenamiento será la ciencia. La tripulación deberá completar un extenso curso de geología (si no hay un geólogo a bordo) para obtener los mejores resultados del limitado tiempo dedicado a la ciencia. El entrenamiento también puede tener lugar en regiones volcánicas de la Tierra. Parte del entrenamiento también se realizará durante vuelos parabólicos para simular una gravedad reducida.
El refugio se transportará a la superficie utilizando el gran render logístico europeo, que se lanza en Ariane 6. Es posible que Ariane NEXT esté disponible para cuando se prepare el refugio. La tripulación despegará desde tierra en Orión, que será lanzada por el SLS. En la Luna, se transferirá a la nave estelar HLS, que utilizarán para aterrizar. El refugio estará a varias decenas de kilómetros de la Starship HLS y del campamento base Artemis para aumentar el radio de exploración lunar y de asentamiento humano en la Luna. La tripulación se desplazará con la ayuda de un rover hermético (en caso de emergencia, también no hermético). Al final de la misión, la tripulación regresará al Campamento Base Artemis utilizando el rover y volverá a la Tierra utilizando la Starship HLS y Orion.
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