Le défi du Mooncamp
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Pioneers galerie 2022 - Moon Camp Challenge
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Galerie Moon Camp Pioneers 2021-2022

En Moon Camp Pioneers, la mission de chaque équipe est de concevoir en 3D un camp lunaire complet à l'aide de Fusion 360. Ils doivent également expliquer comment ils utiliseront les ressources locales, protégeront les astronautes des dangers de l'espace et décriront les installations de vie et de travail.

Team: Here We Are Back !

Lycée Germaine Tillion  Sain Bel    France 16, 17   4 / 2   Première place - États membres de l'ESA
Visionneuse externe pour projet 3d
Description du projet

Konstantin Tsiolkovsky a écrit en 1911 : "La Terre est le berceau de l'humanité, mais on ne peut pas vivre éternellement dans un berceau." Ce que l'humanité a accompli au cours des 60 dernières années est totalement incroyable, grâce aux personnes qui consacrent leur vie entière à permettre l'exploration spatiale. Et maintenant, nous voulons quitter le "berceau", encore une fois, pour quelque chose de plus grand : rester continuellement pendant des mois sur la Lune.

L'objectif principal de notre mission "Here We Are Back ! ( HWAB-I ) est de prendre les mesures les plus précautionneuses, selon les découvertes des scientifiques et des chercheurs, afin de garder nos astronautes en sécurité tout le temps. Notre base sera composée de 5 espaces dont une serre placée sur une petite montagne pour récupérer une grande quantité de lumière, et répondra bien sûr à tous les besoins vitaux des astronautes. Nous prévoyons cette mission pour une période de 8 ans avec un changement d'équipage tous les 145 jours terrestres. De plus, l'ambition de notre mission repose sur in-situ l'utilisation des ressources. En effet, envoyer toutes les ressources nécessaires depuis la Terre serait très coûteux et nécessiterait trop de vols, sans compter le pourcentage d'échec au décollage.

En outre, nous utiliserons pleinement les avancées technologiques spectaculaires, par exemple en envoyant des astronautes avec Ariane 6 à bord du module Orion, en utilisant la passerelle lunaire (LOP-G) qui joue un rôle énorme dans les missions, et en envoyant de nombreux rovers ainsi que des structures ultrasophistiquées soutenues par air.

2.1 Où voulez-vous construire votre camp lunaire ?

Nous avons décidé de placer notre base au pôle Sud lunaire, à côté d'une petite montagne située à proximité du cratère Shackleton, pour de nombreuses raisons :

Pour profiter de la lumière solaire présente environ 90% par lunaison. En effet, nous pourrons convertir suffisamment d'énergie solaire en électricité pour alimenter toute la base et les rovers. En plaçant notre serre sur la montagne, nous récupérerons l'énergie encore plus longtemps.

Les fluctuations de température sont correctes, et la surface nous permet de trouver quelques régions ombragées en permanence (PSR) à proximité.

En 2009, lorsque la sonde LCROSS s'est écrasée sur le PSR du cratère Cabeus, non loin de notre base, une quantité intéressante de molécules d'eau a été détectée dans la poussière éjectée. Le régolithe lunaire contient également une grande quantité d'oxygène. Le pôle Sud est donc pour nous le meilleur endroit pour exploiter les ressources vitales, tant dans les cratères qu'en surface.

2.2 Comment prévois-tu de construire ton camp lunaire ? Décrivez les techniques, les matériaux et vos choix de conception.
  • Première phase "αlpha" :

Un premier rover sera envoyé pour creuser dans une petite montagne afin de préparer l'installation de l'espace vital en son sein. De plus, le régolithe creusé sera extrait, récupéré et utilisé pour recouvrir le reste de la base.

À ce stade, 4 modules de structures repliables à support pneumatique seront livrés. Les astronautes à bord du LOP-G rejoindront la base au cours d'une série de missions pour relier les structures entre elles à l'aide de connecteurs de tunnel et pour installer tous les systèmes vitaux (préalablement transférés de la passerelle au fur et à mesure de l'avancement des missions à l'aide du grand atterrisseur logistique européen EL3). Ces mêmes astronautes auront également une importance indéniable depuis la station en suivant et en contrôlant une grande partie des installations du rover.

Un rover d'impression 3D sera également envoyé à bord du futur atterrisseur Héraclès. Ce rover transformera le régolithe extrait de la montagne combiné à de l'urine en un matériau solide imprimable en 3D, afin d'imprimer une couche protectrice sur les structures de base.

Nous supposons que pour l'instant, aucun rover à bras robotisé suffisamment puissant n'a été conçu pour installer notre serre, mais sa faisabilité est totalement assurée dans les années à venir.

  • Deuxième phase "βêta" :

Notre rover extracteur de glace "Neptune" se posera et commencera son processus d'extraction pour préparer l'arrivée des astronautes.

Une fois le camp pleinement opérationnel, après avoir décollé avec Ariane 6 à bord du module Orion et s'être amarrés au LOP-G, les astronautes atterriront sur la base et commenceront la mission.

2.3 L'environnement sur la Lune est très dangereux pour les astronautes. Expliquez comment votre camp lunaire les protégera. (150 mots maximum)
  • Une couche de 1,5 mètre d'un matériau extrêmement résistant fabriqué à partir d'une combinaison d'urine et de régolithe recouvrira la base, protégeant les astronautes des micrométéorites et du rayonnement cosmique plus solaire. De même, le dôme spatial vital se dressera dans la petite montagne, offrant une protection bien plus élevée.
  • L'absence d'air sur la Lune est un autre problème majeur. Ainsi, la base sera divisée en 2 compartiments grâce à 1 sas dans le connecteur d'espace vital, permettant de se réfugier en cas de fuite d'air d'un compartiment. De plus, pour garder une température stable et vivable, la base sera isolée thermiquement avec l'aérogel de silice. Ses capacités isolantes sont excellentes, mais surtout, il pourra être fabriqué avec le silicium et l'oxygène contenus dans le régolithe.
  • Les astronautes seront 29,5/29,5 en télécommunication avec la Terre, ce qui permettra un soutien et une coopération exceptionnels avec les équipages de la mission et leur famille, mais aussi de les avertir en cas de danger imminent.
2.4 Expliquez comment votre camp lunaire fournira aux astronautes :
Eau
Alimentation
Puissance
Air

Les astronautes auront besoin d'eau pour de nombreux usages : boire, cultiver des légumes, produire des ergols de fusée grâce à son électrolyse pour les futures missions, et en savoir plus sur l'histoire de la Lune.
Ainsi, notre rover "Neptune" va exploiter l'eau glacée dans les zones d'ombre permanente proches de la base (Shackleton, de Gerlache et le cratère entre les deux), et ramener cette glace pour la stocker après l'avoir fondue en liquide et filtrée. Pour ce faire, le rover sera connecté à une tour de réflexion des rayons solaires préalablement installée sur le bord des cratères d'expédition : Neptune et la tour se connectent ensemble grâce à leur antenne, et le miroir se déplace automatiquement pour réfléchir les rayons du Soleil dans la trajectoire du panneau solaire.
Nous utiliserons également le système alternatif de soutien à la vie microécologique (MELiSSA) pour recycler et purifier l'eau de la vie quotidienne : urine, produits d'hygiène, transpiration...

Nous prévoyons d'installer une serre sur la montagne, divisée en 2 espaces. Dans le premier, les légumes pousseront dans un sol fertile (produit par compostage anaérobie). Nous avons choisi des tomates micro-tina pour leur rapidité de croissance, et des concombres (qui ne nécessitent pas de cuisson). Le second est le compartiment hydroponique où pousseront les patates douces pour leur richesse en vitamines et en glucides. Nous allons améliorer la culture hydroponique car nous savons que c'est le moyen idéal pour faire pousser des légumes sur une longue période, en utilisant beaucoup moins d'eau.
La serre permet aux plantes de respecter leur cycle quotidien : 9 heures d'exposition au soleil, 15 heures de "nuit" en utilisant un système de déploiement de panneaux en origami. Le verre de la serre réduit l'énergie solaire reçue, et laisse passer les longueurs d'onde uniquement nécessaires à la photosynthèse. De plus, lors des nuits lunaires, des LEDs avec réflecteurs permettront d'assurer la continuité de la croissance des plantes.

Comme les rayons du soleil sont présents presque tout le temps à notre emplacement, cela représente la meilleure source d'énergie pour générer de l'électricité afin d'alimenter la base et les rovers.
De nombreux panneaux photovoltaïques seront installés autour de la base, sur la serre (système de déploiement des panneaux), et sur la montagne. Ils représenteront plus de 80% de nos ressources en électricité.
Nous utiliserons également l'électrolyse de l'eau pour diviser sa molécule en oxygène et dihydrogène, afin de produire de l'électricité en utilisant une pile à combustible. Mais cela ne représentera pas la principale production d'énergie puisque l'eau sera très précieuse.
Cependant, en raison de la nuit lunaire qui dure environ 3,5 jours, nous allons stocker l'électricité dans des batteries de supercondensateurs pour l'utiliser indirectement et alimenter la base même si la lumière du soleil n'atteint pas les panneaux. De plus, cela pourrait protéger les astronautes d'un dysfonctionnement imprévu de tout système d'alimentation électrique.

L'air est assurément la ressource la plus importante. En plus de recycler l'eau, le Micro-Ecological Life Support System Alternative convertira également le CO2 rejeté par les astronautes en O2 grâce à des micro-algues afin de leur permettre d'obtenir une boucle d'autonomie permanente. Même s'il reste encore des années avant la mise en œuvre complète de ce système, il est pour nous le moyen le plus efficace de permettre une mission spatiale habitée de longue durée.
De plus, nous installerons une ventilation pour dissiper l'air et protéger les astronautes de l'absence de phénomène de convection de l'air en micro-gravité. En effet, les astronautes pourraient se tuer s'ils respiraient en permanence leur propre CO2 rejeté.
À savoir que les équipes de mission sur Terre peuvent également signaler à tout moment aux astronautes une modification anormale de la pression atmosphérique.
(Nous continuons à suivre l'évolution du projet de rover de Thales Alenia Space concernant l'extraction/le raffinage de l'oxygène du régolithe).

2.5 Expliquez quel serait l'objectif principal de votre camp lunaire.

HWAB-I sera principalement une mission scientifique, soutenue tout le temps par des équipages de mission sur Terre et des astronautes à bord du LOP-G. Il s'agira d'une préparation totalement complète pour les futures missions vers Mars, car nous nous rendrons compte de l'effet psychologique d'une mission à une telle distance de la Terre, et parce que sur une utilisation à long terme, nous serons en mesure d'adapter chaque système pour les rendre aussi pratiques que possible pour l'avenir. De plus, nous testerons la faisabilité de la production d'ergols de fusée en utilisant des ressources in-situ : pourquoi la Lune ne serait-elle pas le point de départ de futures missions ?

Nous autoriserons également la préparation de voyages journalistiques (2 ou 3) afin de rendre compte publiquement de la vie des astronautes, de ce qu'ils font dans la vie quotidienne, et de montrer au monde entier que cette mission a une réelle utilité.

3.1 Décrivez une journée sur la Lune pour votre équipe d'astronautes du Moon Camp.

Il est vrai qu'une base constamment active serait plus productive, mais la coopération entre les 2 astronautes est le point le plus important pour la santé mentale et la sécurité. Ils auront donc un décalage de seulement 2,5 heures dans leur journée.

Après son réveil, le premier astronaute vérifie sur le tableau de bord que tout fonctionne correctement (pression d'air et ventilation, stock d'électricité, réserve de quantité d'eau...). Si tout est opérationnel, il monte dans la serre pour inspecter la croissance des plantes et récolter les légumes du jour. Ensuite, il peut rejoindre le dôme de travail pour expérimenter la production d'ergol à partir du régolithe.

C'est l'heure du réveil pour l'autre astronaute. Les deux coéquipiers se lavent simultanément, et prennent un petit déjeuner ensemble : le moment pour eux de discuter et d'appréhender une nouvelle journée de coopération.

Une heure plus tard, ils se préparent pour une activité extra-base (EBA) : le second astronaute est aidé par son compagnon pour enfiler sa combinaison EBA et sortir par le sas d'entrée. Toujours en communication radio avec l'autre astronaute grâce à l'antenne, il va : prélever des échantillons de régolithe aux endroits stratégiques, inspecter et réparer les systèmes de la base si nécessaire, récupérer le réservoir de glace miné ramené par Neptune et l'échanger avec un autre réservoir vide pour permettre au rover de repartir en mission. Lorsque tout est terminé, il retourne à la base par le sas, et les deux astronautes placent le réservoir de glace dans le processus automatique de la machine à fondre et à filtrer.

Après le repas, 2 heures sont consacrées à une séance de sport qui est obligatoire dans la routine des astronautes. En raison de la microgravité, le poids est très différent, les équipements sont donc spécifiquement conçus pour être utilisés dans ces conditions. Une fois leur séance terminée, ils se retrouvent devant l'écran pour passer un appel vidéo avec les équipes et leur famille. Même s'ils représentent les astronautes les plus préparés de l'histoire, il ne faut pas oublier qu'ils sont des humains avant tout et qu'ils doivent garder le contact avec leurs proches.

Puis, tandis que le second astronaute continue à travailler, en respectant le décalage de 2,5 heures, le premier s'endort en regardant la télévision. Le point bleu pâle photo pour lui rappeler que même si notre berceau la Terre est un quark dans l'univers, sur la Lune Elle apparaît comme un second Soleil qui reste toujours proche de lui et fait briller les yeux des astronautes.

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  郑州轻工业大学附属中学
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