Le projet PIONEERS (Permanent International COlonies Near CratErs Exploiting lunar ReSources) vise à établir un séjour de longue durée sur la Lune en utilisant un cycle écologique fermé et des ressources lunaires communes, permettant ainsi la construction de plusieurs bases quasi indépendantes.

Pour ce faire, une base à symétrie radiale sera construite à l'intérieur de la paroi d'un cratère lunaire au pôle Sud, comme Shackleton. L'eau sera extraite et utilisée comme point de départ d'une série de processus qui permettront de cultiver des aliments, de récupérer des nutriments et de produire des gaz essentiels, tels que le dioxyde de carbone, l'oxygène, l'hydrogène ou l'azote. Les sommets des parois du cratère accueilleront des panneaux solaires pour assurer une alimentation électrique constante, qui pourrait être partagée entre plusieurs bases. Celles-ci seront couvertes en cas de risques météoriques, qui seront détectés avec anticipation.

Huit dômes icosaédriques rempliront différentes fonctions et abriteront jusqu'à huit personnes, qui l'utiliseront pour explorer les zones voisines à l'aide de rovers, fabriquer des produits à faible gravité afin d'obtenir des fonds pour la maintenance, et mener différentes expériences afin d'explorer de nouvelles technologies adaptées à la vie sur la Lune. En outre, elle servira également de port spatial pour partir vers Mars à l'avenir. La production in situ de différentes substances, dont l'oxygène, le méthane et l'hydrogène, permettra d'alimenter les engins spatiaux en cas de besoin.

Globalement, la base constituerait un tremplin pour l'établissement de colonies indépendantes à grande échelle, capables de réutiliser leurs ressources et d'exploiter les ressources locales, tout en assurant des retombées scientifiques et commerciales.

Le camp lunaire serait construit à l'intérieur des parois d'un cratère du pôle Sud, comme Shackleton. Il serait ainsi protégé contre les radiations et les risques météoritiques, tout en permettant la construction de plusieurs bases autour de lui. Compte tenu de sa grande largeur par rapport à la base, cela permettrait des extensions futures afin d'héberger plus de personnes. Le cratère serait utilisé pour obtenir de la glace, qui fournirait de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'eau. En outre, les "pics de lumière éternelle" seraient utilisés pour obtenir une production électrique constante grâce à des panneaux solaires qui pourraient être partagés, ce qui réduirait la concurrence pour la colonisation de cette zone et encouragerait la coopération.

La base serait constituée de sept dômes icosaédriques reliés par des tubes pour améliorer la stabilité, puisqu'il s'agit de triangles équilatéraux composés d'alliages HY pour résister à la pression, d'une couverture en plastique résistant aux rayures, notamment pour les zones extérieures, ainsi que d'un garage pour le rover. Ces plaques seraient envoyées à la surface en même temps que des machines mobiles alimentées par des RTG qui permettraient de forer l'espace nécessaire. Il s'agirait également d'une mission préliminaire destinée à tester les procédures et les technologies. En outre, son système de pneus pourrait être tourné à la verticale et déployer des tuyaux pour distribuer la glace. Il passerait sur les parois supérieures du cratère, puis redescendrait à la base. Des antennes de communication seraient également envoyées. Au fil du temps, avec l'augmentation de la présence humaine, des systèmes plus complexes pourraient être construits pour relier plusieurs bases. Le régolithe serait extrait in situ pour former des revêtements protecteurs qui pourraient être déployés en cas de détection d'un danger potentiel. Ils seraient traités et utilisés comme matériau d'impression 3D par ces machines polyvalentes. Afin de réduire les coûts de cette phase préliminaire, un programme international serait nécessaire, ainsi que l'utilisation de lanceurs réutilisables.

Afin de réduire l'exposition aux radiations, la base serait enterrée dans la paroi du cratère, avec une petite sortie recouverte de régolithe où des rovers seraient déployés. Ceux-ci seraient recouverts d'un matériau résistant aux radiations et des combinaisons lunaires y seraient attachées de manière à ce que la poussière lunaire puisse être enlevée de la partie arrière. En outre, les rovers se trouveraient à l'intérieur d'une chambre extérieure reliée à la base, où ils seraient entretenus. La poussière serait éliminée de la surface en pompant l'excès de dioxyde de carbone vers les véhicules, puis elle serait filtrée. Les véhicules pourraient également être télécommandés pour des opérations de reconnaissance afin d'éviter toute exposition. Des plafonds de régolithe déployables seraient construits dans les zones sensibles, comme les panneaux solaires, si un risque était détecté par l'observation satellite. Enfin, pour réduire l'impact de la faible gravité, un espace serait consacré à l'activité physique.

L'eau serait extraite sous forme de glace de la dépression du cratère et serait transportée vers la zone extérieure de la base, où elle serait fondue à l'aide de miroirs chauds. Une partie de cette eau serait utilisée dans des réservoirs hydroponiques et pourrait également être obtenue en tant que déchet des organismes décomposeurs qui se nourrissent des restes de plantes. Le dioxyde de carbone expulsé par les astronautes serait traité dans la réaction de Sabatier pour obtenir encore plus d'eau, ainsi que dans la réaction de déplacement de l'eau vers le gaz. L'eau obtenue sous forme de vapeur serait refroidie et pressurisée pour la liquéfier.

L'un des dômes abriterait des réservoirs hydroponiques où seraient cultivées plusieurs sortes de plantes : du soja, des pois chiches et des arachides pour les protéines et les graisses ; des pommes de terre pour les hydrates de carbone ; et des plantes à feuilles vertes telles que les épinards pour les minéraux utiles tels que le calcium, essentiel pour éviter l'ostéoporose. Des diatomées seraient également élevées pour éliminer le dioxyde de carbone et produire de l'oxygène, de même que des algues multicellulaires. Des champignons décomposeurs et des bactéries se nourriraient des restes de plantes dans des chambres noires comme source supplémentaire de protéines et pour produire de l'eau, du dioxyde de carbone et de l'azote, qui seraient capturés et renvoyés aux plantes, recréant ainsi un cycle de l'azote pour réduire le besoin de substances importées nécessaires à la croissance des plantes.

L'énergie serait principalement générée par des panneaux solaires déployés tout autour des parois du cratère, afin de fournir une alimentation constante même pendant les périodes sombres du cycle lunaire. Elle serait également répartie entre plusieurs bases au fur et à mesure de leur construction. L'hydrogène obtenu par électrolyse de l'eau et par WGS pourrait également être utilisé dans des piles à combustible pour obtenir davantage d'énergie. D'autres sources d'énergie supplémentaires seraient la chaleur générée par la chambre de compostage et le méthane produit par le procédé Sabatier, qui pourrait être stocké comme combustible ou brûlé.

Plusieurs réactions sont utilisées pour obtenir différents types de gaz. La glace serait électrolysée pour obtenir de l'oxygène et de l'hydrogène, qui auraient plusieurs utilisations comme indiqué ci-dessus. L'oxygène serait consommé par les résidents et les organismes dans le composteur, qui obtiendrait de l'azote en filtrant ses déchets. Dans un premier temps, l'azote et l'oxygène seront importés de la Terre pour établir l'atmosphère de la base, mais ils pourront être produits à petite échelle par l'agriculture grâce aux décomposeurs, aux plantes et aux algues, respectivement. Le dioxyde de carbone serait utilisé dans la réaction de Sabatier pour obtenir de l'eau et du méthane, et servirait également à éliminer la poussière des rovers. Dans l'ensemble, l'atmosphère serait surveillée en permanence par des capteurs afin de détecter toute fuite éventuelle, et des réserves importées seraient stockées en cas d'accident. Tout gaz nocif, tel que le CO provenant de WGS, pourrait être libéré dans l'atmosphère et éliminé par le vent solaire.

Le camp remplirait plusieurs fonctions simultanément. Il s'agirait d'une expérience internationale et évolutive permettant d'essayer différentes procédures et stratégies afin d'établir des bases stables et indépendantes qui pourraient partager les ressources locales via un réseau connecté.

En outre, des expéditions à grande échelle, à la fois à distance et par le biais d'EVA, permettraient d'acquérir des connaissances inestimables sur la géologie de la Lune, non seulement au niveau de la surface, mais aussi à des niveaux plus profonds, grâce aux machines de forage. La Lune pourrait également être utilisée pour étudier les applications et les produits à faible gravité et les exporter afin de réduire les coûts globaux, tout en apportant des connaissances scientifiques variées. À long terme, il pourrait servir de futur point de lancement pour des missions vers Mars grâce à sa faible gravité et à la fabrication de propergols in situ.

L'équipage se réveillerait après des périodes de 8 à 9 heures de sommeil, bien qu'une paire d'astronautes monterait la garde dans la salle de communication, contactant la Terre et d'autres bases proches si nécessaire. Ces paires se relaieraient régulièrement et seraient autorisées à se reposer pendant la journée pour le reste de l'équipage. Après une procédure générale de balayage, l'équipage se consacre à différentes expériences scientifiques en fonction de sa spécialité. Par exemple, les géologues peuvent effectuer des sorties extravéhiculaires ou piloter des rovers à distance ; les botanistes peuvent superviser les cultures et réaliser des expériences à faible gravité dans le laboratoire ; les ingénieurs peuvent surveiller les réactions et aider à réparer les fuites éventuelles, et ainsi de suite. Après sept heures de travail, l'équipage se réunissait dans la salle centrale pour déjeuner et disposait de deux heures de repos pour faire de l'exercice dans la salle de sport, passer des examens médicaux, se détendre dans la salle centrale, etc. Ensuite, l'analyse des données provenant du matériel récupéré ou des expériences réalisées est effectuée, ainsi que les travaux de maintenance tels que la révision du composteur, le nettoyage des rovers, etc. Les résultats globaux seraient envoyés à la fin de la journée sous la forme d'un rapport quotidien, qui réviserait des aspects tels que la faisabilité des processus de fabrication, des expériences, des suggestions, etc. et recevrait des instructions de la Terre. Cependant, le canal sera ouvert en permanence et sera surveillé en conséquence. En cas de besoin d'approvisionnement, la base demandera une mission cargo et des lanceurs réutilisables transporteront des fournitures qui descendront à la surface ou, dans le cas de matériaux plus délicats, atterriront près de l'entrée, seront ravitaillés et repartiront. En cas d'émergence dans d'autres bases, l'équipage pourrait s'y rendre grâce à ses rovers pour apporter son aide, garantissant ainsi des réponses rapides jusqu'à ce qu'une aide supplémentaire arrive de la Terre, le cas échéant.