PIoneers (gioco di parole che include la costante PI) è il nome che meglio descrive il nostro team, considerando che il nostro campo lunare sarà un centro di ricerca scientifica all'avanguardia per i decenni a venire. Speriamo che il nostro insediamento possa diventare un trampolino di lancio per espandere la presenza umana nel sistema solare, sviluppando e testando le tecnologie cruciali necessarie per la colonizzazione planetaria. In primo luogo, prevediamo di costruire il nostro accampamento in un tubo di lava vicino al polo sud, il punto più conveniente della Luna in termini di somiglianza con la temperatura terrestre e dove si può trovare anche il ghiaccio d'acqua, una risorsa essenziale che consente la presenza degli astronauti. La nostra base sarà composta da moduli, a partire da habitat, laboratori scientifici e stazioni per la produzione di ossigeno. In questo modo sarà facile introdurre nuove aree. Alcuni dei primi moduli saranno prefabbricati sulla Terra e assemblati sulla Luna e, man mano che scopriremo la necessità di nuovi spazi, inizieremo a costruirli con i materiali disponibili sulla Luna. Inoltre, non solo minimizziamo i possibili pericoli collocando il nostro campo in un tubo di lava, ma incorporiamo anche sistemi ridondanti. Le risorse vitali di cui l'uomo ha bisogno sono l'acqua (estratta dai ghiacci del polo sud), il cibo (prodotto in una serra lunare), l'energia (dai pannelli solari) e l'aria (tramite elettrolisi dalle piante e anche utilizzando la regolite). Pertanto, creiamo un ambiente in cui gli astronauti possono senza dubbio adattarsi e concentrarsi sul loro lavoro di ricercatori lunari, con condizioni di vita il più possibile simili a quelle della Terra.

Il nostro obiettivo è quello di costruire la nostra base vicino al polo sud lunare, dove i tubi di lava sarebbero il recinto dell'habitat umano. La nostra priorità assoluta era trovare un luogo con condizioni di vita decenti per gli astronauti che ospiteranno il campo lunare. Pertanto, la nostra scelta si è limitata ai poli, dove le temperature variano da -50°C a 0°C, le persone ricevono una luce solare costante e, all'interno dei tubi di lava, le temperature sono sopportabili. L'argomento decisivo a favore del polo sud era la presenza di ghiaccio d'acqua da cui avremmo potuto ricavare acqua liquida, indispensabile per gli abitanti del nostro campo lunare. Inoltre, i crateri dell'area del polo sud impediscono alla luce solare di penetrare all'interno (un punto di forza per far dormire bene gli astronauti) e contengono una traccia fossile di idrogeno, che potremmo utilizzare per l'aria respirabile, ma soprattutto per il carburante.

Considerando che abbiamo in mente di costruire l'accampamento lunare in un tubo di lava e che questi possono avere un diametro molto grande, l'idea principale sarebbe quella di costruirlo sul fondo del tubo di lava e utilizzare un ascensore (immagine 19) per raggiungere la superficie della luna. Idealmente, l'accampamento dovrebbe essere modulare, in modo da facilitare l'integrazione di nuove parti. Tali moduli possono essere habitat, laboratori scientifici, stazioni per la produzione di ossigeno e altro ancora. I moduli abitativi saranno collegati con tubi ermetici, per limitare il numero di camere d'aria necessarie. Anche questi moduli devono essere a tenuta d'aria e avere un guscio esterno resistente per proteggerli dalle radiazioni e da eventuali detriti. La forma sarà a cupola per disperdere le sollecitazioni. In un primo momento, la base lunare sarà pre-costruita sulla Terra con materiali come il titanio per la sua durezza (soprattutto il guscio), ma in seguito potremo espanderci con edifici fatti di cemento lunare, che è una miscela di zolfo e risorse aggregate accessibili dalla Luna.

In primo luogo, dovremmo proteggere gli astronauti dalla polvere lunare, dal ciclo giorno-notte di 354 ore, dalle radiazioni, dai terremoti e dalle esplosioni di micrometeoriti. Insediandoci in un tubo di lava al polo sud, dove gli astronauti possono godere della luce del sole, supereremo molti pericoli. Il suolo è un ottimo modo per proteggere gli astronauti dalle radiazioni e dai micrometeoriti. Poiché la polvere lunare può causare problemi di respirazione e deterioramento se entra nel nostro rifugio, avremo filtri e un forte flusso d'aria in modo che la silice tagliente e abbondante non la raggiunga. Inoltre, ci sarà una camera di compensazione (immagine 8) dove gli astronauti potranno ripulirsi dalla polvere prima di entrare nell'area abitativa. Abbiamo in programma di rinforzare le pareti del tubo di lava per evitare il loro potenziale crollo durante un terremoto. Grazie alla luce solare quasi permanente proveniente dal polo sud, possiamo generare elettricità in modo relativamente economico, quindi la nostra base avrà anche luce artificiale e un sistema di riscaldamento molto necessario.

L'acqua è una risorsa vitale di cui gli esseri umani hanno bisogno per sopravvivere, quindi abbiamo prestato molta attenzione a questo argomento. La nostra idea principale è che gli astronauti possano rimuovere il ghiaccio d'acqua dai poli per coesistere sulla Luna, ma con le attrezzature speciali necessarie a causa delle alte temperature, ovviamente. Quindi, utilizzeremo un trapano con pannelli solari sulla parte superiore (immagine 13). In questo modo, lo strumento si riscalderà e penetrerà all'interno dello spesso strato lunare. In questo modo, potremo usare altri pannelli solari per scioglierlo dopo aver estratto il ghiaccio. Con l'aiuto di attrezzature professionali, potremo poi filtrare l'acqua e produrre acqua potabile sana. Intendiamo eseguire questo processo due volte alla settimana e raccogliere l'acqua rimanente in un serbatoio (immagine 17). Per il filtraggio possiamo anche utilizzare il sistema di riciclaggio dell'acqua presente sulla Stazione Spaziale Internazionale.

In breve, il cibo equivale a energia e i nostri astronauti ne hanno bisogno in abbondanza. Innanzitutto, per essere il più efficiente possibile, il cibo portato nello spazio deve essere leggero, compatto, gustoso, nutriente e resistente per lunghi periodi senza refrigerazione. Tuttavia, indipendentemente dalla quantità di cibo che gli astronauti porteranno sulla Luna, non sarà comunque sufficiente. Pertanto, è necessario produrre cibo anche sulla Luna. La nostra idea prevede una serra lunare essenziale per coprire la mancanza di atmosfera o di acqua naturale e proteggere le piante dalle alte temperature. Le piante coltivate all'interno della nostra serra nella regolite includono patate e ravanelli (vitamina C), pomodori (vitamina A), sedano (potassio), Arabidopsis thaliana (una pianta da fiore), uova di baco da seta (proteine) e lattuga (calcio), che forniranno ai nostri esploratori spaziali i nutrienti tanto necessari. Gli astronauti forniranno l'anidride carbonica respirando ed estrarranno l'acqua per le piante dalle loro urine utilizzando il sistema di riciclo dell'acqua.

Per raccogliere energia, abbiamo notato che ci sono alcuni punti della Luna, come il bordo del cratere Shackleton al Polo Sud, che hanno una luce solare permanente e, per evitare il problema delle notti lunari che durano troppo a lungo, abbiamo collocato il nostro campo lunare in quell'area del Polo Sud. Pertanto, potremmo collocare lì i pannelli solari (immagine 14), ma abbiamo anche bisogno di alcuni rover (immagine 12) per portare l'energia alla base. Poi, possiamo immagazzinare l'energia solare in celle a combustibile (immagine 16), che possono durare 17 giorni di fila quando sono completamente cariche. In questo modo, eviteremo anche il problema delle eclissi lunari, quando la Terra blocca completamente la luce solare.

La cosa più importante senza la quale l'uomo non può vivere è l'aria, quindi abbiamo dovuto pensare seriamente a questa parte del progetto. Innanzitutto, prima di lasciare la Terra, faremo delle "scorte" di ossigeno sufficienti per i primi giorni sulla Luna, e cominceremo a rifornirci una volta arrivati a destinazione (stazione di ossigeno: immagine 27). Le piante sono un mezzo per generare aria e possono essere utilizzate sia per l'aria che per il cibo. Tuttavia, poiché occupano molto spazio grazie all'elettrolisi, possiamo utilizzare anche l'acqua rimasta nel serbatoio. Inoltre, possiamo lavorare il regolite ricco di ossigeno. Un metodo sperimentato è l'elettrolisi a sale fuso, che consiste nel mescolare il suolo lunare ad alte temperature con cloruro di calcio; quindi, facendo passare una corrente attraverso la miscela, l'ossigeno si raccoglie intorno all'anodo dove viene raccolto.

Lo scopo di base del nostro campo lunare sarà scientifico, ma il nostro team ha progettato l'insediamento in modo che possa essere facilmente riutilizzato una volta che la presenza umana inizierà inevitabilmente a crescere sulla superficie lunare. Dopo aver considerato i costi astronomici e i molti rischi associati alle missioni iniziali sulla Luna, abbiamo deciso che i nostri primi coloni dovranno essere scienziati e ingegneri. Riteniamo che siano i più adatti a condurre correttamente gli esperimenti quotidiani e a mantenere e aggiornare i complessi sistemi dell'insediamento. Con il moltiplicarsi delle missioni umane sulla Luna, i costi diminuiranno e la tecnologia progredirà, diventando più efficiente e affidabile. Una volta che ciò sarà avvenuto, l'accampamento lunare potrà essere semplicemente ampliato per ospitare un maggior numero di persone, alcune delle quali potrebbero anche essere turisti, espandendo così la presenza dell'umanità sulla Luna.

Riteniamo fondamentale avere sempre qualcuno sveglio in caso di emergenza, quindi abbiamo deciso che gli astronauti avranno cicli di sonno diversi. Di conseguenza, l'equipaggio sarà diviso equamente in tre turni (che si sovrappongono per circa due ore per motivi sociali, in quanto l'intero team si riunisce in quel momento), in modo che gli esperimenti funzionino 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Indipendentemente dal turno in cui si trova l'astronauta, dopo il risveglio farà la sua igiene e poi farà colazione nell'area ristorazione della nostra base (immagine 36). Dopo la colazione, l'equipaggio si recherà nel modulo palestra (immagine 29), dove ogni membro farà almeno un minimo di esercizio fisico per mantenersi in forma, in salute e per combattere gli effetti negativi della bassa gravità sul corpo umano. Successivamente, ogni membro dell'equipaggio riceverà i rispettivi compiti dal controllo a terra (immagine 22) e inizierà a lavorare al lavoro assegnato all'interno del modulo di ricerca (immagine 21) o, in occasioni speciali, potrà uscire all'esterno per studiare l'ambiente lunare. Dopo la metà del periodo di lavoro, l'equipaggio beneficerà di una pausa pranzo di un'ora e consumerà un pasto a base di alimenti di serra (immagine 33). Poi, gli astronauti torneranno a lavorare fino alla fine del programma di ricerca di 8 ore. Successivamente, l'equipaggio consumerà la cena, seguita da un po' di tempo libero in cui ognuno potrà scegliere quali attività svolgere per rilassarsi (parlare con le proprie famiglie o leggere un libro, per esempio). Per ottenere una maggiore unità all'interno della squadra, una volta alla settimana gli astronauti possono partecipare ad attività speciali, come una serata cinema e giochi da tavolo in salotto (immagine 37). Dopo una giornata intensa, gli astronauti faranno i loro bisogni igienici (bagno: immagine 30) e torneranno nei loro alloggi (immagine 31) per dormire per circa 8 ore, poiché il riposo è della massima importanza per affrontare lo stress e le dure condizioni della superficie lunare.