moon_camp

Moon Camp Pioneers Galéria 2021-2022

Az Moon Camp Pioneers-ben minden csapat feladata egy teljes Holdtábor 3D-s megtervezése a Fusion 360 segítségével. Azt is el kell magyarázniuk, hogyan fogják felhasználni a helyi erőforrásokat, hogyan fogják megvédeni az űrhajósokat az űr veszélyeitől, és hogyan fogják leírni a lakó- és munkalétesítményeket.

Team: Moon Croissant

Lycée Joffre  Montpellier    Franciaország 16, 15   4 / 0


Külső nézegető a 3d projekthez

A projekt leírása

A bázisunk Cartier I megkísérel egy valósághű holdi település pontos modelljét bemutatni. A kihíváshoz való hozzáállásunk első lépése az volt, hogy felsoroltuk az összes megoldandó problémát. A következőket találtuk: építés, elhelyezkedés, létfontosságú szükségletek (élelmiszer, víz, levegő), energia, biztonság (sugárzás, hő, egészségügyi hiányosságok) és közművek. Ami a mi megoldásunkat kiemeli, az a nagyfokú bővíthetőség, a könnyű telepíthetőség és az autonómia, amely Cartier I lenne.

Az első expedíciót négy űrhajós vezetné, akik magukkal vinnék az összes építőanyagot.

  • A letelepedési fázisban (2-4 hét a főszerkezetek esetében, 6-8 hét az élelmiszer-autonómia esetében) az űrhajósok felépítik a bázist (ezt alább részletezzük), és létrehozzák a fő infrastruktúrákat, például a vízkivételt és az energiatermelést.
  • Amint az úttörők letelepedtek és a bázis önállóvá vált, további műveleteket lehet végrehajtani a bázis további bővítése érdekében, amely elképzelhető, hogy egy tucatnyi űrhajós által lakott nagyszabású településsé válik, mivel a modulokat kifejezetten a bővítés megkönnyítésére tervezték.

Létrehoztunk egy CAD-modellt, amely vázlatosan ábrázolja a holdi táborunk alaprajzát; ez a négy lakható modulból és a legtöbb külső infrastruktúrából (vízkivétel/tárolás és energiatermelés) áll, amelyek a Holdon találhatóak. Cartier I az 1. expedíció során. Az alábbi vázlatrajzok részletesen ismertetik a bázis és az egyes modulok, valamint a víz- és áramtermelő rendszerek konfigurációját.

2.1 Hol szeretnéd felépíteni a Holdtábort?

Úgy döntöttünk, hogy a települést közvetlenül egy kráter aljára helyezzük, amelynek falai hatékony napvédőként szolgálnának (ez egyben kiküszöböli a jég szállításának kihívását is). Ami a kráter kiválasztását illeti, számos kritériumnak kell megfelelni: örökös árnyék az alján, erős és gyakori megvilágítás a peremén, és jó vízjég-koncentráció. További előnyök lehetnek a kráter mérete (befolyásolja az utazási időt), a más érdekes helyekhez való közelsége és a világűr potenciálisan feltérképezetlen régiói felé való tájolása.

A Chandrayaan-1 expedíció adatai szerint a Hold pólusai körül van a legtöbb víz, ezért a mi bázisunk valószínűleg ott van. A konkrét kráterekre vonatkozó pontos adatok hiánya miatt nem tudunk végleges választ adni, de a lehetséges jelöltek közé tartozik a Shackleton-kráter (amelynek csúcsai az év ~94% részében megvilágítottak), a Whipple-kráter (ahol vastag jégréteget jósolnak) vagy a Peary-kráter (amely meglehetősen sekély).

2.2 Hogyan tervezed felépíteni a Holdtábort? Írja le a technikákat, az anyagokat és a tervezési döntéseket.

Úgy tervezzük, hogy a rakéta burkolatát fogjuk használni az alap fő vázaként. Amint a rakéta eléri a Hold körüli pályát, négy részre fog szétszedődni, amelyek egymástól függetlenül landolnak. Ez a négy henger alakú rész fogja alkotni a négy lakómodult, amelyre az űrhajósoknak szükségük lesz az első expedíció során: egy lakómodul, egy közösségi (és sport) modul, egy üvegházmodul és egy kutatási modul (lásd az alábbi vázlatokat).

Mivel a sugárzásból származó hőbeáramlás figyelmen kívül hagyható, csak a sugárzásból (az alapból - kifelé) és a talajon keresztül történő vezetésből eredő hőveszteség miatt van szükség hőszigetelésre. Ez többrétegű szigeteléssel - Kapton vagy Mylar szigeteléssel - a sugárzás visszaverésére és a hajótest talajjal érintkező részének megvastagításával érhető el. Felfújható modulok is elképzelhetők, feltéve, hogy a talajjal érintkező alapjukat szintén vastag szigetelőanyagból készítik.

A rakéta vázának használata drasztikusan csökkenti az építési időt, mivel csak a modulok, a külső infrastruktúrák és a belső bútorok közötti összeköttetésekhez szükséges építkezés. Az infrastruktúrákat a Földön épített kisebb vagy közepes méretű alkatrészekből fogják összerakni; az alacsony gravitáció megkönnyíti a nagyobb alkatrészek szállítását.

Röviddel a megérkezés után a csapat a kráter külső oldalára utazik, hogy a napelemes terelőelemeket és a kommunikációs antennát felszerelje. Ez lesz az egyetlen alkalom, amikor nagy távolságokat kell megtenniük (az alkalmi karbantartáson kívül), mivel a tábor egyébként kompakt.

2.3 A Holdon a környezet nagyon veszélyes az űrhajósok számára. Magyarázzátok el, hogy a holdi táborotok hogyan fogja megvédeni őket. (maximum 150 szó)

Az űrhajósokat fenyegető veszélyek három kategóriába sorolhatók.

Először is, a környezeti kérdések: ahogyan azt már korábban kifejtettük, az űrből érkező, általában káros sugárzás soha nem éri el az űrhajósokat a kráter alján, így ez a probléma kiküszöbölhető. A meteoritok viszont potenciálisan elérhetik a tábort; azonban gyors számítások (összehasonlítva a Föld légkörébe jutó mennyiséggel) azt mutatják, hogy elhanyagolható annak a valószínűsége, hogy egy meteorit kárt tegyen egy modulban vagy egy asztronautában.

Másodszor, egészségügyi hiányosságok: az űrhajósok a földi gravitációnak csak a hatodát fogják megtapasztalni, ami izomveszteséget eredményez. Ennek ellensúlyozására az űrhajósok napi edzésprogramot fognak végezni, alacsony gravitációhoz igazított gépekkel (gumik, amelyek lehúzzák az embert, mágneses ellenállás stb.).

Harmadszor, műszaki problémák vagy balesetek. Minden modul légmentes ajtókkal van lezárva, és nem befolyásolja őket, ha valamelyik eltörik; a balesetek megelőzése érdekében folyamatosan ellenőrzik az olyan paramétereket, mint a hőmérséklet vagy a levegő összetétele.

2.4 Magyarázza el, hogy a Holdtábor hogyan fogja biztosítani az űrhajósok számára:

Víz
Élelmiszer
Teljesítmény
Air

A leszállási fázisban az űrhajósok a Földről hozott kis vízkészletre támaszkodnak. Amint a fő infrastruktúrát kiépítették, a vizet a regolitból nyerik ki egy 3 lépcsős folyamat során.
Az első lépés a feltárás: egy rover bányászik ki darabokat a regolitból, és egy hőkamrába viszi őket.
A második lépés a kivonás: Napenergia segítségével a kamrát körülbelül 600 K-ra melegítjük, ami a vizet szublimálásra kényszeríti és a tartály nyomását növeli.
A harmadik és egyben utolsó lépés a szállítás: miután a vízgőz áthalad egy turbinán (lásd a villamosenergia-szakaszt), a vízgőz egy csőrendszerben kondenzálódik, amely a vízgyűjtő tartályba vezet. Egy szabályozó ellenőrzi a víz tisztaságát, hogy az iható legyen; ha szükséges, tovább tisztítható.
A pazarlás elkerülése érdekében a vizet az ISS-hez hasonlóan újrahasznosítják: az űrhajósok/növények transzpirációjából, vizeletből, zuhanyból és a mosogató lefolyójából.

Az élelmiszer előállítása az üvegházi modulban történik (lásd az alábbi vázlatokat).
A zöldségeket aeroponikus és hidroponikus rendszerekben termesztik, amelyek tápanyaggal dúsított vizet használnak (a tápanyagok szintetizálhatók a kivont KREEP-ből vagy a Földről hozott koncentrált készletekből). Az aeropónikus rendszerben a növények gyökereit az összes szükséges tápanyagot tartalmazó köddel permetezik; a hidrokultúrás rendszerben a gyökerek csúcsa fürdik az oldatban (termesztőközegként kőzetgyapot vagy perlit használható). A növényeket a terméshozam, a tenyészidő és a tápérték szempontjából választjuk ki (a gyorsan növő növények közé tartozik a kelkáposzta, a bab, a saláta, a paradicsom, a bogyós gyümölcsök stb.). A növények ellenőrzött környezetben fognak nőni, hogy az ideális fényintenzitást/hullámhosszúságot és hőmérsékletet kapják.
A mesterséges húst úgy "termesztik", hogy az őssejteket tápközegben fürdetik, hogy fehérjéket hozzanak létre.
Egyéb, nem romlandó élelmiszer-kiegészítőket kellő mennyiségben hoznak a földről.

A telepítési fázisban a bázist egy radioizotópos termoelektromos generátor látja el energiával, amelyet a bázistól biztonságos távolságban ártalmatlanítanak, amint már nincs rá szükség.
A vízzel együtt a koncentrált napenergia (CSP) rendszerben villamos energiát állítanak majd elő:
A kéttengelyű követő reflektorok a kráteren kívüli csúcsokon lesznek elhelyezve, és a napfényt a tábor közelében lévő azonos pont felé fogják visszaverni. Az ott elhelyezett fűtőkamra nagynyomású gőzt fog termelni, amely egy turbinán keresztül fog haladni, és megpörgeti a lapátjait; ezt a forgó mozgást egy generátor fogja elektromos árammá alakítani (ezt az alábbi vázlatrajz mutatja be).
A rendszer összetettségének csökkentése érdekében alternatívaként napelemeket is lehetne használni, de ez csökkentené a hozamot (csak ~20% hatásfok a turbinák ~50% hatásfokával szemben), és nagyobb felületet igényelne.

A légzés során két alapvető folyamatot kell végrehajtani: az O2 előállítását és a CO2 kiürítését. A szükséges nitrogén (80% levegő) a Földről hozható, és nem fogy el, mivel inert gáz.
Az oxigént a víz elektrolízisével állítják elő. Két elektródára feszültségkülönbséget alkalmazva a H20 molekulákat hidrogén és oxigén előállítására tudjuk szétválasztani (a víz vezetőképességének növeléséhez elektrolitot kell hozzáadni). A hidrogén tárolható, és később rakétaüzemanyagként használható.
A szén-dioxid tisztítása történhet lítium-hidroxiddal (LiOH), amely a CO2-vel reagálva vizet termel, vagy sovány amin (MEA) használatával, amely elnyeli a CO2-t, és gazdag MEA-vá válik (ezután fel lehet forralni, hogy megszabaduljon a CO2-től, ami ismét soványvá teszi).
Az ülepedési fázisban, illetve ha az elektrolízis folyamatával probléma merül fel, oxigéngyertyákat használnak az O2-szint stabil 20% szinten tartására.

2.5 Magyarázd el, mi lenne a Holdtáborod fő célja.

Mindenekelőtt, Cartier Icélja tudományos lesz. A tábor lehetővé teszi az űrhajósok számára, hogy olyan kísérleteket és kutatásokat végezzenek, amelyeket a Földön nem tudnának elvégezni, például a különböző tárgyak viselkedését alacsony gravitációban vagy az ürességben. Arra is kiváló alkalom lesz, hogy a holdi kráterekben lévő regolit összetételét mélyrehatóan elemezzék. A tábornak az asztrofizika területén is jelentősége lesz: a kilátópontja lehetővé teszi az asztronauták számára, hogy olyan csillagokat figyeljenek meg, amelyeket a Földről nem lehet látni.

A holdi táborunk egyben az űrgyarmatosítás úticéljaként is szolgál majd. Az űrhajók ugyanis képesek lesznek az elektrolízis során keletkező hidrogéngázzal tankolni, ami például megkönnyítheti a Mars-utazást.

Egy lehetséges jövőben a bázisnak jövedelmezőbb célja is lehet, például a Holdon könnyen fellelhető ritkaföldfémek értékesítése, vagy az űrturizmus fejlesztése.

3.1 Írjatok le egy napot a Holdon a Holdtábor űrhajós legénysége számára.

Az űrhajósok 7:00-kor ébrednek, és fél órát szentelhetnek a higiéniára és személyes érdeklődésükre.

7:30-kor a legénység együtt reggelizik az Élőmodulban, ahol a Holdon előállított és a Földről hozott termékeket egyaránt fogyasztanak a kiegyensúlyozott étrend érdekében. Ezután két űrhajósból álló csoport felügyeli a rovert, amint az regolitot termel ki (hogy később kivonja belőle a vizet), míg a maradék két űrhajós az üvegházmodulban telepített kertet gondozza, és figyelemmel kíséri a mesterséges hús növekedését.

9:00-kor az űrhajósok közül ketten elhagyják a bázist a roverek és az infrastruktúrák karbantartására. Ez többféle feladatból állhat, mint például néhány műszer tisztítása, a generátorok termelékenységének ellenőrzése vagy a csőrendszer integritásának ellenőrzése. A másik két űrhajós a bázison marad, hogy elvégezzen néhány feladatot a legénység jólétének biztosítása érdekében.

10:30-kor az összes űrhajós újra összegyűlik a közösségi modulban, hogy néhány gyakorlatot végezzenek, mivel a Hold felszínének alacsony gravitációja gyengítheti az izmaikat. Egy óra edzés és harminc perc pihenő után megebédelnek, és élvezhetik a bázison előállított ételeket.

13:00 órakor a csapat kimegy a táborból, hogy megfigyelje a csillagokat, amelyek a fényszennyezés hiányának köszönhetően jól láthatók. A megfigyeléseket ezután elküldik a Földre, ahol a tudósok alaposabban elemezhetik azokat. A "délután" hátralévő részében az űrhajósok regolitmintákat gyűjtenek és elemzik azok összetételét a kutatómodulban, hogy olyan paramétereket ellenőrizzék, mint a vízkoncentráció, és különböző egyéb kísérleteket végezzenek. Ezeket az eredményeket is elküldik a Földre 18:30 körül, ezután az űrhajósok egy kis szabadidőt kapnak a pihenésre.

19:00-kor a legénység újra összegyűlik a lakómodulban, és előkészíti a következő napi programot. Ezt követően 20:00-kor vacsoráznak, majd egy óra szabadidő áll rendelkezésükre, amely alatt általában kártyáznak, jó zenét hallgatnak vagy könyvet olvasnak. Ez a szabadidő elengedhetetlen a mentális jólétük biztosításához és az űrben való élet során felgyülemlő stressz csökkentéséhez.

Az este hátralévő részét ezután a higiéniának és a földdel való cserének szenteljük. Az űrhajósok 22:30 körül fekszenek le, hogy egy teljes éjszakát aludhassanak, álmodozva az űr mérhetetlenségéről és a holnap lehetőségeiről.

Egyéb projektek:

  m.t.a.

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Kína
  "Aeneas" projekt

 

  Középiskola "P. Kr. Yavorov"
    Bulgária
  Aurora

 

  Batumi állami iskola #1
    Georgia
  SD Holdbázis

 

  IES PRINCESA GALIANA
    Spanyolország