Il nostro Progetto Campo Lunare si concentra sull'utilizzo delle risorse della Luna per sostenere la presenza umana, oltre a condurre due esperimenti principali: 1.) la crescita delle piante in un ambiente a bassa intensità di gravità e 2.) lo studio delle proprietà meccaniche della regolite lunare. La nostra base è in grado di svilupparsi ulteriormente per ospitare insediamenti residenziali e turistici sostenibili. 

La costruzione della nostra base avviene tramite ISRU, utilizzando la regolite lunare per schermare gli astronauti dalle radiazioni solari incidenti e per fornire un rinforzo strutturale. Il progetto della base viene realizzato tramite stampa 3D, condotta da una piccola flotta di robot prima dell'arrivo dell'uomo. L'ISRU è utilizzato in quanto è più efficiente dal punto di vista economico rispetto al trasporto di materiali dalla Terra alla Luna. Questo può poi servire come porta d'ingresso per ulteriori esplorazioni lunari. Il nostro campo lunare è composto da due sezioni, una delle quali è una stazione a livello della superficie che ospita il modulo di controllo (CM), il modulo di stoccaggio dei veicoli (VSM) e i moduli di abitabilità (HM). La seconda sezione, situata a 15 metri sottoterra, ospita i nostri RTG, per l'alimentazione di riserva durante i periodi di oscurità del ciclo lunare, nonché ulteriori scorte di cibo e uno dei nostri esperimenti.

La nostra missione è composta da cicli, con ogni nuovo ciclo che porta alla base altri quattro membri dell'equipaggio. Per l'esperimento 1, il regolite viene trasportato alle nostre unità di trattamento del regolite lunare (LRPU), dove viene analizzata la sua idoneità come fonte di carburante, ossigeno, acqua, conduzione elettrica e nutrienti per la crescita delle piante. Il ghiaccio d'acqua viene poi scisso in ossigeno e idrogeno, con metano e anidride carbonica come prodotti di scarto. Per l'esperimento 2, vogliamo studiare gli effetti della bassa gravità e della concentrazione di ossigeno sulla crescita delle piante; questa ricerca avrà dei vantaggi per le future missioni a lungo termine sulla Luna e su Marte, dove gli astronauti dovranno produrre cibo in modo autosufficiente. 

Abbiamo deciso di collocare la base del nostro campo lunare sul bordo del cratere Peary, vicino al Polo Nord lunare. Grazie alla piccola inclinazione assiale della Luna, questa posizione può ricevere la luce del sole per quasi un intero giorno lunare, rendendola ideale per la produzione di energia solare. Inoltre, le variazioni di temperatura vicino al bordo sono minori e riducono i costi di costruzione della nostra base. A differenza dei bordi, le profondità del cratere hanno basse temperature e poca esposizione alla luce solare, ma contengono grandi quantità di ghiaccio d'acqua che può essere sciolto per ottenere acqua da bere o elettrolizzato per ottenere idrogeno e ossigeno. Entrambi gli elementi sono utili come propellente per i nostri razzi, mentre l'ossigeno in particolare è essenziale per sostenere la vita e le attività umane nella base lunare. La vicinanza di queste risorse aiuta a ridurre i costi di trasporto e consente di dedicare più tempo alla ricerca.

La costruzione della nostra base avverrà in due fasi. La prima fase consisterà nello scavare le fondamenta per i nostri moduli sotterranei (UGM), utilizzando un processo di stampa 3D e uno scavo guidato da una piccola flotta di robot autonomi. Questi moduli ospitano i nostri RTG di riserva e le sale di esercitazione; gli RTG forniranno l'energia iniziale per facilitare l'ulteriore costruzione dei moduli abitativi (HM). Ciò contribuirà a ridurre al minimo le interruzioni della missione, in quanto gli astronauti potranno spostarsi direttamente dal modulo di comunicazione orbitale (OCM) al (HM). Tuttavia, mentre si sta ultimando la costruzione della struttura complessiva, gli astronauti arriveranno alla base per completarne la costruzione. L'installazione di servizi di comunicazione con la Terra e di apparecchiature per esperimenti scientifici sarà una priorità per gli astronauti. Le risorse saranno trasportate con razzi e un sistema di relè prima e durante il periodo di costruzione. Dopo l'estrazione dell'elio 3 e dei metalli rari, la base lunare potrà stabilire una rete commerciale per generare reddito, rendendo la base economicamente indipendente. Cercheremo di dare priorità all'uso di materiali locali con proprietà adeguate per ridurre i costi. Ad esempio, le fondamenta delle basi possono essere costruite con la regolite lunare. Mescolandolo con l'acqua, questo calcestruzzo allo zolfo ha una resistenza alla trazione e un modulo di Young superiori a quelli del cemento, rendendo la nostra base ancora più solida. Inoltre, il layout della nostra base è compatto, sacrificando l'estetica per la funzionalità, e ciò si riflette nella scelta di una forma a cupola che offre maggiore resistenza, velocità di costruzione ed efficienza architettonica.

Il campo lunare sarà costruito principalmente con calcestruzzo ricavato dalla regolite lunare, mentre alcuni componenti specifici (ad esempio le porte d'ingresso o i pozzi degli ascensori) saranno realizzati in alluminio. L'alluminio è un ottimo materiale da costruzione grazie al suo elevato modulo di Young e alla sua resistenza alla compressione, oltre a essere leggero. La maggior parte della nostra base è costruita in alluminio lunare, poiché è molto versatile e può essere utilizzato in diverse aree del progetto per proteggere i nostri astronauti:

1.) Rivestimento per proteggere il campo dalle radiazioni solari

2.) protezione dagli impatti dei meteoriti

3.) rinforzo strutturale per la base (utilizzando il metodo di stampa AI 3D brevettato da Space Factory grazie ai finanziamenti della NASA)

 Inoltre, le apparecchiature sensibili come i cardiofrequenzimetri e gli RTG sono collocati nell'UGM per evitare gli effetti dannosi di eventuali radiazioni su apparecchiature sensibili come i cardiofrequenzimetri e gli RTG. Per ridurre ulteriormente i rischi per la salute dei nostri astronauti, la base sarà circondata da campi magnetici localizzati (LMF) prodotti da torus. Il flusso di plasma supersonico nel toro creerà bobine magnetiche che creeranno una bolla magnetica intorno a HM e CM, deviando le particelle ionizzate potenzialmente pericolose. 

L'acqua è una risorsa fondamentale sia per la sopravvivenza dei nostri astronauti che per la ricerca sull'estrazione di ossigeno e idrogeno come combustibile tramite elettrolisi. Poiché la nostra base servirà da trampolino di lancio per ulteriori missioni su Marte, in linea con gli obiettivi a lungo termine della NASA e dell'ESA, l'acquisizione e la produzione di acqua tramite elettrolisi inversa saranno fondamentali per un'esplorazione planetaria duratura. Le regioni (come la posizione della nostra base) con un'abbondanza di ghiaccio presente nella regolite o nella superficie lunare sono ideali per l'estrazione dell'acqua. Il ghiaccio può essere sciolto e trattato per diventare potabile. Ci sarà anche un sistema di riciclaggio integrato nella base per rendere il supporto vitale della base un ciclo il più chiuso possibile, consentendo di ridurre lo spreco di acqua e ossigeno vitali. L'acqua ha anche un ruolo chiave nel preservare la vita vegetale nella nostra serra, che funge da fonte di cibo per gli astronauti e da attività di arricchimento per migliorare la salute mentale.

Inizialmente, il cibo deve essere esportato dalla Terra durante i periodi di costruzione. Ci saranno altre missioni per trasportare il cibo dalla Terra alla Luna. Tutto il cibo sarà immagazzinato nell'UGM e potrà essere consegnato a HM e CM utilizzando il nostro ascensore. In linea con uno degli obiettivi della nostra missione di formare una base autosufficiente sulla Luna, il cibo sarà eventualmente coltivato sulla Luna nella nostra serra per aumentare l'indipendenza della base lunare e ridurre gli alti costi del trasporto a lunga distanza. La varietà di cibo che gli astronauti potranno gustare spazierà dalle insalate ai piatti di carne e pesce, con la maggior parte dei prodotti deperibili preconfezionati per prolungarne la durata di consumo.

L'energia proviene da una serie di fonti. Una parte significativa dell'energia proverrà dal Sole, utilizzando pannelli solari monocristallini, dato che le posizioni della fattoria solare avranno una luce solare quasi costante. I volani termoionici serviranno come supplemento, sfruttando la variazione di temperatura sulla Luna. Inoltre, vi è la possibilità di rivestire di materiali piezoelettrici le infrastrutture della base lunare e la carreggiata che sarà regolarmente investita da LR, per convertire lo stress meccanico derivante dall'impatto con il particolato in corrente elettrica, fungendo al contempo da ulteriore strato di protezione. Gli RTG forniscono energia di riserva in caso di emergenza o durante i picchi di domanda. Le stime del fabbisogno tipico di energia variano da 100kwh a 10MWh, a seconda delle dimensioni e delle esigenze a lungo termine della base, quindi avere una fonte di energia il più possibile diversificata è fondamentale per una presenza duratura sulla Luna.

Inizialmente, l'ossigeno sarà trasportato dalla Terra alla Luna tramite veicoli di trasporto che si collegheranno con l'OCM, quindi il nostro lander lunare lo fornirà alla base. Il ghiaccio della superficie lunare può essere fuso ed elettrolizzato per produrre ossigeno, integrando questa fornitura esterna. Esploreremo anche le potenzialità di utilizzare i cianobatteri coltivati in serra, insieme a microbi sintetici basati su ricerche recenti, per fotosintetizzare, riciclando così l'anidride carbonica rilasciata dalla respirazione aerobica degli astronauti e producendo più ossigeno. Per aumentare ulteriormente questo aspetto, stiamo considerando l'uso di una versione potenziata del MOXIE della NASA, in grado di produrre aria respirabile dall'elettrolisi dell'anidride carbonica. L'aria in eccesso sarà conservata per le EVA o per le emergenze. Le due tecniche sopra menzionate, che utilizzano i microbi e il MOXIE (ingrandito), consentiranno alla fine di creare una base che non dipenda dal rifornimento di ossigeno dalla Terra. Per limitare la perdita di aria nell'ambiente circostante, in HM e CM sono presenti porte a tenuta d'aria in alluminio.

Lo scopo generale del campo lunare è quello di creare un'area abitabile per gli astronauti, in modo da svolgere indagini scientifiche, tra cui gli effetti della gravità lunare e delle condizioni sull'anatomia umana, e le proprietà materiali della regolite lunare, in particolare come materiale da costruzione e potenziale conduttore di elettricità. La base può poi essere sviluppata in un'area abitativa più ampia per le generazioni future e potenzialmente fornire benefici economici ai turisti terrestri che possono visitare la base lunare. Inoltre, immaginiamo la nostra base come un trampolino di lancio per future missioni su Marte e oltre, sfruttando i minori costi di lancio dalla Luna, oltre a un tempo di viaggio medio più breve e a una maggiore flessibilità delle finestre di lancio. In sintesi, la nostra base sarà:

1. Condurre esperimenti che migliorino la nostra comprensione degli effetti dei bassi g sull'anatomia umana e delle proprietà materiali della regolite lunare.
2. Essere autosufficienti, per sostenere la crescente espansione della presenza umana su altri mondi.
3. Colmare il divario tra le attuali missioni robotiche su Marte e l'eventuale presenza umana sulla superficie marziana. 

Gli astronauti si sveglieranno alle 6 del mattino e svolgeranno i compiti di routine. La colazione, insieme al resto dei pasti, sarà fornita utilizzando cibo coltivato nella base e provviste trasportate dalla Terra. Al mattino, il nostro gruppo di quattro astronauti sarà diviso in due gruppi e farà degli esperimenti. Il gruppo 1 riporterà la regolite lunare dall'EVA e condurrà esperimenti per testarne le proprietà, come la resistenza alla trazione e la possibilità di utilizzarla per proteggersi dalle radiazioni o per condurre elettricità. Il gruppo 2 lavorerà nella serra per supervisionare la coltura di microbi sintetici e artificiali e la crescita di piante. Questo includerà l'indagine sulle forniture di cibo commestibile, sulle condizioni ottimali per la crescita di colture e piante e sull'uso di materiali lunari per aiutarle. I due gruppi svolgeranno gli esperimenti a rotazione, per consentire a tutti di comprendere a fondo il funzionamento dell'intera base. I risultati saranno registrati per le sessioni di analisi del pomeriggio.

Entrambi i gruppi torneranno alla base per il pranzo. Durante il pranzo, avranno una videochiamata con il controllo a terra della Terra. In questa particolare videochiamata, rimanderanno il rifornimento di ossigeno e cibo, poiché la base è finalmente riuscita a produrre cibo in modo autosufficiente grazie alla serra. Dopo pranzo, gli astronauti manterranno la forma fisica attraverso allenamenti di resistenza e corsa su un tapis roulant. Le misurazioni delle loro condizioni di salute, come la frequenza cardiaca, la capacità polmonare e la pressione sanguigna, fanno parte del loro secondo esperimento per valutare gli effetti a lungo termine degli ambienti a basso g sull'anatomia umana. Si prevede che i risultati mostreranno il deterioramento della composizione ossea nel tempo, insieme all'atrofia muscolare; questi dati potranno poi essere utilizzati nella progettazione di missioni per ulteriori missioni lunari che riducano al minimo questi effetti negativi sulla salute, come la gravità indotta artificialmente tramite habitat centrifughi. Dopo pranzo, gli astronauti analizzano i risultati dell'esperimento sulla regolite lunare, notando la conducibilità elettrica e l'espansione termica; questi dati vengono poi trasmessi al controllo a terra per ulteriori analisi. In seguito, gli astronauti si impegnano in attività di team building in CM per mantenere buone capacità di comunicazione e collaborazione; è importante mantenere un buon rapporto all'interno dell'equipaggio durante periodi di missione prolungati come questo. Dopo cena, conversano con i loro cari sulla Terra. Per mantenere una buona salute mentale, è fondamentale che siano in grado di gestire la nostalgia di casa durante una missione di lunga durata.