moon_camp

Moon Camp Pioneers Galleria 2021-2022

Moon Camp Pioneers:ssä jokaisen tiimin tehtävänä on 3D-suunnitella täydellinen kuun leiri Fusion 360:n avulla. Heidän on myös selitettävä, miten he käyttävät paikallisia resursseja, suojaavat astronautteja avaruuden vaaroilta ja kuvaavat asumis- ja työskentelytilat.

Team: LunarX

Kingstonin akatemia  Kingston upon Thames    Yhdistynyt kuningaskunta 15, 17   4 / 0


3D-projektin ulkoinen katseluohjelma

Hankkeen kuvaus

Moon Camp -hankkeemme tieteellinen pääpaino on Kuun resurssien hyödyntämisessä ihmisen läsnäolon ylläpitämiseksi, minkä lisäksi tehdään kaksi pääkohdetta: 1.) kasvien kasvu matalan g:n ympäristössä ja 2.) kuun regoliitin mekaanisten ominaisuuksien tutkiminen. Tukikohtaamme on mahdollista kehittää edelleen kestävien asuin- ja matkailuasutusten rakentamiseksi. 

 

Tukikohdan rakentaminen toteutetaan ISRU:n avulla, jossa käytetään kuun regoliittia suojaamaan astronautteja auringon säteilyltä ja antamaan rakenteellista vahvistusta. Tukikohdan suunnittelu toteutetaan 3D-tulostamalla, ja sen toteuttaa pieni robottilaivasto ennen ihmisten saapumista. ISRU-menetelmää käytetään, koska se on taloudellisesti tehokkaampaa kuin materiaalien kuljettaminen Maasta Kuuhun. Tämä voi sitten toimia porttina Kuun jatkotutkimukselle. Kuuleirimme koostuu kahdesta osasta, joista toinen on pintatason asema, jossa sijaitsevat hallintamoduuli (CM), ajoneuvojen säilytysmoduuli (VSM) ja asumismoduuli (HM). Toisessa, 15 metrin syvyydessä maan alla sijaitsevassa osassa säilytetään RTG-generaattoreita varavoiman saamiseksi kuun kiertokulun pimeyden aikana sekä lisäruokavarastoja ja yksi kokeistamme.

 

Tehtävämme koostuu sykleistä, ja jokainen uusi sykli tuo tukikohtaan neljä uutta miehistön jäsentä. Kokeessa 1 regoliittia kuljetetaan kuun regoliittia käsitteleviin yksiköihimme (Lunar Regolith Processing Units, LRPU), joissa analysoidaan sen soveltuvuutta polttoaineen, hapen, veden, sähkönjohtokyvyn ja ravinteiden lähteenä kasvien kasvulle. Sen jälkeen vesijää hajotetaan hapeksi ja vedyksi, ja jätetuotteina syntyy metaania ja hiilidioksidia. Kokeessa 2 haluamme tutkia alhaisen painovoiman ja happipitoisuuden vaikutuksia kasvien kasvuun; tästä tutkimuksesta on hyötyä tulevissa pitkäaikaisissa Kuu- ja Mars-lennoissa, joissa astronauttien on tuotettava ruokaa omavaraisesti. 

2.1 Minne haluat rakentaa Moon Campin?

Olemme päättäneet sijoittaa kuuleirimme Pearyn kraatterin reunoille, lähelle Kuun pohjoisnapaa. Kuun pienen aksiaalisen kallistuksen ansiosta tämä paikka voi saada auringonvaloa lähes koko kuun päivän ajan, mikä tekee siitä ihanteellisen paikan aurinkoenergian tuottamiseen. Lisäksi lämpötilan vaihtelu reunan lähellä on vähäisempää ja vähentää tukikohtamme rakentamiskustannuksia. Toisin kuin reunoilla, kraatterin syvyyksissä lämpötila on alhainen ja auringonvalo on vähäistä, mutta niissä on valtavia määriä vesijäätä, joka voidaan sulattaa juomavedeksi tai elektrolysoida vedyksi ja hapeksi. Molemmat alkuaineet ovat hyödyllisiä rakettiemme polttoaineena, ja erityisesti happi on välttämätöntä ihmisten elämän ja toiminnan ylläpitämiseksi kuutukikohdassa. Näiden resurssien läheisyys auttaa vähentämään niiden kuljetuskustannuksia ja antaa mahdollisuuden käyttää enemmän aikaa tutkimukseen.

2.2 Miten aiot rakentaa kuuleirin? Kuvaile tekniikoita, materiaaleja ja suunnitteluvalintojasi.

Tukikohdan rakentaminen tapahtuu kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa kaivetaan maanalaisten moduulien (UGM) perustukset 3D-tulostusprosessin ja pienen laivueen autonomisten robottien johtaman kaivamisen avulla. Näihin moduuleihin sijoitetaan varavoimalaitteet ja harjoitushuoneet; varavoimalaitteet tuottavat alkuvirtaa, joka helpottaa asumismoduulien (HM) jatkorakentamista. Tämä auttaa minimoimaan tehtävän keskeytykset, kun astronautit voivat siirtyä suoraan kiertoradan viestintämoduulista (OCM) HM-moduuliin. Samalla kun koko rakenteen rakentaminen viimeistellään, astronautit saapuvat tukikohtaan saattamaan sen rakentamisen päätökseen. Astronautit asentavat ensisijaisesti viestintäpalvelut Maahan sekä laitteet tieteellisiä kokeita varten. Resursseja kuljetetaan rakettien ja relejärjestelmän avulla ennen rakentamista ja sen aikana. Helium 3:n ja harvinaisten metallien talteenoton jälkeen kuutukikohta voi perustaa kauppaverkoston tulojen saamiseksi, jolloin tukikohdasta tulee taloudellisesti itsenäinen. Pyrimme käyttämään ensisijaisesti paikallisia materiaaleja, joilla on sopivia ominaisuuksia kustannusten alentamiseksi. Esimerkiksi tukikohtien perustukset voidaan rakentaa kuun regoliitista. Sekoittamalla sitä veteen rikkibetonilla on suurempi vetolujuus ja Youngin moduuli kuin sementtibetonilla, mikä tekee tukikohdastamme entistäkin tukevamman. Lisäksi tukikohdan pohjaratkaisu on kompakti, ja estetiikka on uhrattu toiminnallisuuden hyväksi, mikä näkyy siinä, että olemme valinneet kupolimuodon, joka tarjoaa suuremman lujuuden, nopeamman rakentamisen ja arkkitehtonisen tehokkuuden.

2.3 Kuun ympäristö on astronauteille hyvin vaarallinen. Selitä, miten Kuuleirinne suojelee heitä. (enintään 150 sanaa)

Kuuleiri rakennetaan pääasiassa kuun regoliitista valmistetusta betonista, ja tietyissä osissa (esim. räjähdysovissa tai hissikuiluissa) käytetään alumiinia. Alumiini on erinomainen rakennusmateriaali, koska sillä on korkea Youngin moduuli ja puristuslujuus ja koska se on kevyt. Suurin osa tukikohdastamme on rakennettu kuusta, koska se on erittäin monikäyttöinen ja sitä voidaan käyttää useilla eri alueilla projektissa astronauttien suojelemiseksi:

1.) Pinnoite suojaamaan leiriä auringon säteilyltä

2.) törmäyssuojaus meteoriiteilta

3.) tukikohdan rakenteellinen vahvistaminen (käyttäen AI 3D-tulostusmenetelmää, jonka Space Factory on patentoinut NASA:n rahoituksella).

 Lisäksi herkät laitteet, kuten sykemittarit ja RTG-laitteet, on sijoitettu UGM:ään, jotta estettäisiin säteilylle aiheutuvat haitalliset vaikutukset herkkiin laitteisiin, kuten sykemittareihin ja RTG-laitteisiin. Astronauttien terveysriskien minimoimiseksi tukikohtaa ympäröivät torusten avulla tuotetut paikalliset magneettikentät. Yliääniplasman virtaus toruksessa synnyttää magneettikäämejä, jotka muodostavat HM:n ja CM:n ympärille magneettikuplan, joka poikkeuttaa mahdollisesti vaarallisia ionisoituneita hiukkasia. 

2.4 Selittäkää, miten kuuleirinne tarjoaa astronauteille:

Vesi
Ruoka
Teho
Ilma

Vesi on perustavanlaatuinen resurssi sekä astronauttien selviytymisen kannalta että hapen ja vedyn talteenottoa polttoaineeksi elektrolyysin avulla koskevan tutkimuksen kannalta. Koska tukikohtamme toimii ponnahduslautana uusille Marsiin suuntautuville lennoille NASAn ja ESAn pitkän aikavälin tavoitteiden mukaisesti, veden hankkiminen ja tuottaminen käänteisellä elektrolyysillä on ensiarvoisen tärkeää planeetan kestävän tutkimisen kannalta. Alueet (kuten tukikohtamme sijainti), joilla on runsaasti jäätä Kuun regoliitissa tai pinnalla, ovat ihanteellisia veden talteenottoon. Jää voidaan sulattaa ja käsitellä juomakelpoiseksi. Tukikohtaan integroidaan myös kierrätysjärjestelmä, jotta tukikohdan elintoiminnoista saataisiin mahdollisimman suljettu elinkaari ja jotta elintärkeän veden ja hapen tuhlausta voitaisiin vähentää. Vesi on myös avainasemassa kasvihuoneemme kasvien säilyttämisessä, sillä ne toimivat astronauttien ravinnonlähteenä ja mielenterveyttä parantavana rikastuttavana toimintana.

Aluksi tämä on vietävä maasta rakennusaikana. Elintarvikkeiden kuljettamiseksi Maasta Kuuhun on tarkoitus tehdä lisätehtäviä. Kaikki ruoka varastoidaan UGM:ssä, ja se voidaan toimittaa HM:ään ja CM:ään hissimme avulla. Yhden tehtävämme tavoitteen mukaisesti, joka on omavaraisen tukikohdan muodostaminen kuuhun, ruokaa kasvatetaan lopulta kuussa kasvihuoneessamme kuutukikohdan riippumattomuuden lisäämiseksi ja pitkien kuljetusmatkojen korkeiden kustannusten vähentämiseksi. Astronauttien nauttima ruokatarjonta vaihtelee salaateista liha- ja kalaruokiin, ja suurin osa pilaantuvista elintarvikkeista on valmiiksi pakattuja, jotta niiden käyttöikää voidaan pidentää. Mielenkiintoista on myös tutkia, miten kasvit, hedelmät ja vihannekset kasvavat matalan g:n ympäristössä.

Tämä tulee useista eri lähteistä. Merkittävä osa energiasta saadaan auringosta monokiteisten aurinkopaneelien avulla, sillä aurinkopuiston sijaintipaikoilla on lähes jatkuva auringonvalo. Lämpöperäiset vauhtipyörät täydentävät sitä hyödyntämällä Kuun lämpötilavaihteluita. Lisäksi kuutukikohdan infrastruktuuriin sekä tiestöön, jonka yli LR ajaa säännöllisesti, voidaan käyttää pietsosähköisiä materiaaleja, jotka muuntavat hiukkasten törmäysvoiman aiheuttaman mekaanisen rasituksen sähkövirraksi ja toimivat samalla lisäsuojakerroksena. RTG:t tarjoavat varavoimaa hätätapauksissa tai kysyntähuippujen aikana. Tyypilliset energiantarpeet vaihtelevat arviolta 100 kWh:sta 10 MWh:iin riippuen tukikohdan pitkän aikavälin koosta ja tarpeista, joten mahdollisimman monipuolinen energialähde on elintärkeä, jotta kuussa voidaan olla pysyvästi läsnä.

Aluksi happea kuljetetaan Maasta Kuuhun kuljetusajoneuvoilla, jotka ovat yhteydessä OCM:ään, ja sitten kuun laskeutuja toimittaa sitä tukikohtaan. Kuun pinnan jäätä voidaan sulattaa ja elektrolyysillä tuottaa happea, mikä täydentää tätä ulkoista syöttöä. Tutkimme myös mahdollisuuksia käyttää kasvihuoneessa viljeltyjä syanobakteereja sekä viimeaikaiseen tutkimukseen perustuvia synteettisiä mikrobeja fotosynteesiin, jolloin astronauttien aerobisesta hengityksestä vapautuva hiilidioksidi kierrätetään ja tuotetaan lisää happea. Tämän tehostamiseksi harkitsemme NASAn MOXIE-järjestelmän suurennetun version käyttöä, joka voi tuottaa hengitysilmaa hiilidioksidin elektrolyysin avulla. Ylimääräinen ilma säilytetään varastossa EVA:ta tai hätätilanteita varten. Kaksi edellä mainittua tekniikkaa, joissa käytetään mikrobeja ja MOXIE:tä (suurennettuna), mahdollistavat lopulta tukikohdan, joka ei ole riippuvainen hapen toimittamisesta Maasta. Ilman menetyksen rajoittamiseksi ympäristöön HM:ssä ja CM:ssä on alumiinista valmistetut ilmatiiviit räjähdysluukut.

2.5 Selitä, mikä olisi Kuuleirin tärkein tarkoitus.

Kuuleirin yleistarkoituksena on luoda astronauteille asuinalue, jolla he voivat tehdä tieteellisiä tutkimuksia, kuten tutkia Kuun painovoiman ja olosuhteiden vaikutuksia ihmisen anatomiaan sekä Kuun regoliitin materiaalisia ominaisuuksia, erityisesti rakennusmateriaalina ja mahdollisena sähkönjohtimena. Tätä voidaan sitten kehittää laajemmaksi asuinalueeksi tulevia sukupolvia varten, ja siitä voi olla taloudellista hyötyä, kun Maasta tulevat turistit voivat vierailla Kuun tukikohdassa. Lisäksi kuutukikohtamme voi toimia ponnahduslautana tuleville Marsiin ja sen ulkopuolelle suuntautuville lennoille, sillä se hyödyntää alhaisempia laukaisukustannuksia Kuusta sekä lyhyempää keskimääräistä matka-aikaa ja joustavampia laukaisuajankohtia. Yhteenvetona voidaan todeta, että tukikohtamme

  1. Suoritetaan kokeita, jotka lisäävät ymmärrystä matalan g:n vaikutuksista ihmisen anatomiaan ja kuun regoliitin materiaaliominaisuuksista.
  2. Olla omavaraisia, jotta voidaan tukea ihmisen läsnäolon kasvavaa laajentumista muissa maailmoissa.
  3. Kuroa umpeen kuilu nykyisten Marsiin suuntautuvien robottioperaatioiden ja ihmisen mahdollisen läsnäolon välillä Marsin pinnalla. 
3.1 Kuvaa Moon Camp -astronauttimiehistön päivä Kuussa.

Astronautit heräävät kello 6 aamulla ja suorittavat rutiinitehtäviä. Aamiainen ja muut ateriat järjestetään tukikohdassa viljellyistä elintarvikkeista ja Maasta kuljetetuista elintarvikkeista. Aamulla neljän astronautin ryhmä jakautuu kahteen ryhmään ja tekee kokeita. Ryhmä 1 tuo takaisin kuun regoliittia EVA:sta ja tekee kokeita testatakseen niiden ominaisuuksia, kuten vetolujuutta ja sitä, voidaanko niitä käyttää säteilysuojaukseen tai sähkön johtamiseen. Ryhmä 2 työskentelee kasvihuoneessa valvoen synteettisten ja keinotekoisten mikrobien viljelyä ja kasvien kasvua. Tässä yhteydessä tutkitaan myös syötävän ruoan tarjontaa, optimaalisia olosuhteita viljelykasvien ja kasvien kasvattamiseen sekä kuun materiaalien käyttöä tällaisten kasvien kasvattamisessa. Nämä kaksi ryhmää tekevät kokeita vuorotellen, sillä näin kaikki ryhmät saavat perusteellisen käsityksen koko tukikohdan toiminnasta. Tulokset kirjataan ylös iltapäivällä pidettäviä analyysitilaisuuksia varten.

 

Molemmat ryhmät palaavat tukikohtaan lounaalle. Lounaan aikana ne käyvät videopuhelun Maan lennonjohdon kanssa. Tässä videopuhelussa he lykkäävät hapen ja ruoan toimittamista, koska tukikohta on vihdoin onnistunut tuottamaan ruokaa omavaraisesti kasvihuoneen avulla. Lounaan jälkeen astronautit ylläpitävät fyysistä kuntoa kestävyysharjoittelulla ja juoksumatolla juoksemisella. Heidän terveydentilastaan, kuten sydämen sykkeestä, keuhkojen kapasiteetista ja verenpaineesta, tehdään mittauksia osana toista koetta, jolla arvioidaan matalan g:n ympäristön pitkäaikaisia vaikutuksia ihmisen anatomiaan. He odottavat tulosten osoittavan luuston koostumuksen heikkenemistä ajan myötä sekä lihasten surkastumista; näitä tietoja voidaan käyttää suunniteltaessa uusia kuunlentoja, joissa tällaiset haitalliset terveysvaikutukset minimoidaan, kuten keinotekoisesti aikaansaatu painovoima sentrifugihabitaattien avulla. Lounaan jälkeen astronautit analysoivat kuun regoliittikokeen tuloksia ja huomioivat sähkönjohtavuuden ja lämpölaajenemisen; nämä tiedot lähetetään sitten Maassa sijaitsevaan maavalvontakeskukseen lisäanalyysiä varten. Tämän jälkeen astronautit osallistuvat tiimirakennustoimintaan CM:ssä ylläpitääkseen hyviä viestintä- ja yhteistyötaitoja;on tärkeää säilyttää hyvät suhteet miehistön sisällä tällaisten pitkien matkojen aikana. Illallisen jälkeen he keskustelevat läheistensä kanssa Maassa. Hyvän mielenterveyden ylläpitämiseksi on ratkaisevan tärkeää, että he pystyvät käsittelemään koti-ikävää ollessaan pitkäkestoisessa tehtävässä.

Muut hankkeet:

  Beyond Here

 

  Zhengzhou University of Light Industry
    Kiina
  Terra nova

 

  Bertrand Russell College
    Alankomaat
  SFG - Avaruusfuusiojengi

 

  Sigmund-Freud-Gymnasium
    Itävalta
  Hehkuva pimeässä

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Kiina