In Moon Camp Pioneers, la missione di ogni squadra consiste nel progettare in 3D un campo lunare completo utilizzando un software di loro scelta. Devono inoltre spiegare come utilizzeranno le risorse locali, proteggeranno gli astronauti dai pericoli dello spazio e descriveranno le strutture abitative e lavorative del loro campo lunare.
Scuola superiore di Shanghai Qingpu Shanghai-Qingpu Cina 15, 16 6 / 2 Inglese
Software di progettazione 3D: Fusion 360
Nei sessantadue anni trascorsi dall'ingresso dell'uomo nello spazio, la tecnologia è progredita in modo impressionante. Vogliamo lasciare di nuovo la Terra per fare qualcosa di più grande. Per esplorare completamente la Luna e per una successiva espansione e abitabilità a lungo termine, vogliamo costruire dei campi lunari per sostenere astronauti e scienziati.
Il nostro campo lunare è protetto da una cupola circolare per ridurre la dissipazione del calore. L'area centrale è suddivisa in un'area di ricerca, un'area di stoccaggio degli alimenti, un'area medica, un'area abitativa, un'area di stoccaggio delle attrezzature, un'area di coltivazione e un rifugio sotterraneo, che ha la forma di una sfera collegata ad angolo, tenendo conto della stabilità e della praticità. Le altre due aree sono la fusione nucleare, l'elettrolisi, l'area di trattamento delle acque reflue e l'area fitness e ricreativa. Sono collegate all'area centrale a forma di mezza nocciolina, mostrando la stabilità e la sicurezza complessiva del triangolo, mentre sono pienamente funzionali, per soddisfare tutte le esigenze dei tre astronauti.
Per quanto riguarda i materiali da costruzione, utilizziamo un calcestruzzo composito e un materiale a base di nitruro di boro portato dalla terra per le fondamenta e il livello inferiore dell'edificio. Per la sovrastruttura e la cupola sono stati utilizzati metallo a memoria e vetro a prova di radiazioni, rendendo il campo robusto e protetto dalle interferenze delle radiazioni.
Facciamo abbastanza ingegneria per fornire ai nostri campi lunari acqua, cibo, aria, carburante ed energia e per essere autosufficienti a lungo termine.
La nostra ricerca si concentra sull'astronomia, la botanica e la geologia, e sugli esperimenti sulla Luna per far progredire la scienza.
Il nostro obiettivo è far progredire la scienza, sviluppare nuovi materiali dal suolo lunare e fare del campo lunare una nuova casa.
La Luna, il pianeta più esplorato dall'uomo, è oggi uno dei nostri principali obiettivi di esplorazione. Per poterla esplorare appieno, dobbiamo riuscire ad abitarla a lungo, quindi dobbiamo costruire campi lunari per sostenere la sopravvivenza umana, fornire ossigeno, immagazzinare cibo, sviluppare energia e altre funzioni.
La partecipazione al Moon Camp consentirà di realizzare la nostra immaginazione di campi lunari attraverso la modellazione, e nel processo di modellazione ci permetterà anche di imparare di più sulla Luna e sulle tecnologie di esplorazione lunare disponibili.
Vogliamo costruire un campo lunare nel cratere. I criteri per la scelta del cratere sono: uno, la presenza di ghiaccio e acqua nelle vicinanze, in modo da poter ottenere acqua direttamente riflettendo la luce solare con l'aiuto di uno specchio. Due, all'interno del picco del giorno perpetuo, in modo da assicurare una stabile energia solare per garantire l'approvvigionamento energetico. Tre, vicino allo strato atmosferico, perché lo strato atmosferico del suolo lunare può essere usato come materia prima per l'ossigeno.
La costruzione è suddivisa in sette fasi:
Nella prima fase, viene costruita un'area di sosta in un luogo designato per preparare la successiva costruzione della base e il trasporto dei materiali.
Nella seconda fase, il lander viene lanciato dalla stazione di sosta verso il sito di destinazione e trasporta una sonda, attrezzature per l'esplorazione scientifica, apparecchiature di comunicazione e pannelli solari per svolgere i compiti di una stazione di pre-energia e di una stazione di comunicazione, per condurre l'esplorazione preliminare del sito selezionato e per fornire il supporto infrastrutturale per la successiva costruzione.
Nella terza fase, il lander sarà lanciato dalla stazione di sosta e il robot lunare e i materiali da costruzione saranno inviati sulla superficie lunare dal lander; il calcestruzzo composito sarà preparato utilizzando il suolo lunare e i materiali portati, e la costruzione della struttura principale della base, dell'infrastruttura e della cupola esterna sarà effettuata con la tecnologia di stampa 3D per completare la costruzione del sito di atterraggio dei materiali, e l'ulteriore dispiegamento e manutenzione di tutti i tipi di attrezzature. A questo punto, la base lunare può essere trasportata e scambiata dai robot della superficie lunare, costituendo un sistema di scambio di informazioni, energia e materiali, e la capacità iniziale di interazione del flusso di informazioni, energia e materiali tra i rover della base lunare, e il prototipo della base lunare è completato.
Nella quarta fase, il sistema di lancio sulla superficie lunare e il sito di atterraggio sono dispiegati, e il lander può essere lanciato per raggiungere l'area di sosta per trasportare i rifornimenti e riportarli alla base, e le strutture di salvaguardia sul decollo dalla superficie lunare sono dispiegate nel sito di atterraggio per configurare una serie di veicoli di ritorno per la base.
Nella quinta fase, il lander viene utilizzato per tornare alla base con le attrezzature interne della base e il dispiegamento iniziale da parte del robot della superficie lunare per soddisfare le esigenze delle attività del personale.
Nella sesta fase, verrà effettuato un allunaggio con equipaggio. Questa fase prevede lo stazionamento degli astronauti per il dispiegamento, l'installazione delle attrezzature interne e la ricerca scientifica della base e la costruzione iniziale di una base lunare. Il lander trasporterà il veicolo di ritorno durante l'atterraggio lunare con equipaggio, formando un rapporto di backup con il veicolo di ritorno configurato sulla superficie lunare per salvaguardare la vita del personale in caso di emergenza.
Nella settima fase, gli astronauti completano l'installazione e il funzionamento dell'interno della base e iniziano ufficialmente i lavori di ricerca scientifica e le missioni di estrazione delle risorse.
Durante il processo di costruzione, sarà necessario trasportare dalla Terra sonde, robot per la superficie lunare, vari tipi di attrezzature per la base e materiali da costruzione; inoltre, la struttura principale della base conterrà una grande quantità di suolo lunare, il che ridurrà la necessità di trasporto dei materiali e i tempi di costruzione.
In termini di forma, poiché la cupola e la resistenza al carico e alla pressione della cupola sono più forti dello stesso volume di edifici, in base al sito della base lunare, intendiamo costruire una struttura a cupola sopra il cratere per ridurre l'impatto delle differenze di pressione, per le situazioni improvvise e inaspettate, a causa della cupola portante forte, può guadagnare tempo per la base di reagire e agire per ridurre le perdite inutili.
Per quanto riguarda i materiali, a causa dell'ambiente speciale, che deve affrontare il vuoto spinto, le temperature ultra-elevate, le temperature ultra-basse e così via, la cupola ha scelto di utilizzare il metallo a memoria di forma come scheletro, combinato con materiali speciali in calcestruzzo, in grado di resistere alle alte temperature. Allo stesso tempo, l'uso di vetri a prova di radiazioni può filtrare i raggi cosmici per proteggere la base dalle interferenze delle radiazioni, e il design normalmente chiuso può impedire l'invasione di polvere lunare all'interno per influenzare il progresso della ricerca scientifica; l'edificio principale del centro abbiamo scelto un muro di costruzione a doppio strato, lo strato interno utilizzando calcestruzzo speciale, lo strato esterno utilizzando il suolo lunare, forte, in grado di sopportare le differenze di pressione, in grado di fornire un ambiente di ricerca sicuro per gli astronauti, mentre il controllo della gamma di trasferimento di calore, per mantenere la temperatura per evitare la perdita di calore.
In termini di sicurezza, si prevede di stabilire misure di protezione aggiuntive nei luoghi a rischio di impatto di meteoriti per evitare impatti di meteoriti, di selezionare piccoli meteoriti per la distruzione e i loro frammenti per la ricerca scientifica, di stabilire dispositivi di raccolta di meteoriti per l'esplorazione e la ricerca pertinenti, e avviare misure di emergenza nel caso di un meteorite molto grande o di un altro incidente estremamente distruttivo per il campo lunare, utilizzando un lanciatore per la superficie lunare per fuggire al punto di Lagrange, con i satelliti che riflettono rapidamente la situazione e inviano informazioni alla Terra, e i ricercatori che attendono al punto di Lagrange una risposta dalla Terra e un nuovo programma scientifico. I satelliti riflettono rapidamente la situazione e inviano informazioni alla Terra, mentre i ricercatori attendono al punto di Lagrange una risposta dalla Terra e un nuovo programma di ricerca.
Per la fornitura di acqua, inizialmente si trasporta una parte dell'acqua dalla Terra alla Luna per far fronte alla finestra vuota, prima di poter estrarre costantemente acqua ghiacciata. Il liquido di scarto prodotto dagli astronauti nel corso della loro vita viene poi frazionato, filtrato e sottoposto ad altri passaggi per ottenere una parte di acqua pulita, mentre il resto viene inviato alla zona di impianto o scaricato nello spazio.
Per l'approvvigionamento alimentare, coltiviamo patate, cavoli, broccoli, pomodori, peperoni e molte altre verdure, e portiamo dalla Terra un po' di carne in scatola. Per soddisfare le esigenze nutrizionali degli astronauti.
Per quanto riguarda l'aria, utilizziamo alcuni composti attivi presenti nel suolo lunare come catalizzatori per convertire l'acqua e l'anidride carbonica in ossigeno, idrogeno, metano e metanolo utilizzando tecniche di fotosintesi artificiale con l'aiuto della luce solare simulata. Tuttavia, l'ossigeno ottenuto da qui non è sufficiente. L'apporto di ossigeno si basa principalmente sull'elettrolisi dell'acqua e il suo sottoprodotto, l'idrogeno, viene alimentato al reattore Sabatier per produrre metano.
Per adattarsi all'ambiente lunare e fornire energia stabile a lungo termine al campo lunare, utilizziamo l'energia solare per la fase iniziale del campo. In seguito, utilizziamo i componenti estratti dal suolo lunare come catalizzatori della fotosintesi artificiale per preparare il combustibile per la generazione di energia e la tecnologia di generazione di energia da fusione nucleare, pulita ed efficiente, come soluzione di riserva per l'intero campo lunare. Allo stesso tempo, immagazziniamo l'energia in eccesso in pacchi di batterie per far fronte alla maggior parte delle possibili condizioni meteorologiche estreme, ottenendo una soluzione di alimentazione sicura.
I rifiuti prodotti dagli astronauti sono principalmente urina, feci e anidride carbonica. L'urina viene separata dall'acqua distillata mediante distillazione a compressione di vapore e inviata al modulo di trattamento dell'acqua per la successiva filtrazione e le reazioni di ossidazione catalitica per ottenere acqua parzialmente pulita; il resto dei rifiuti e delle feci può essere utilizzato come fertilizzante nel modulo di coltivazione o può essere scaricato direttamente nello spazio. L'anidride carbonica viene inviata al modulo di coltivazione per la fotosintesi e, se in eccesso, viene inviata al reattore Sabatier, dove reagisce con l'idrogeno per ottenere acqua e metano sotto l'azione del catalizzatore.
I rifiuti domestici prodotti dagli astronauti saranno rigorosamente differenziati, i rifiuti umidi saranno inviati all'area di impianto; asciugamani di carta, sacchetti di plastica e altri rifiuti secchi passeranno attraverso una serie di fasi come la compressione, l'accatastamento, ecc. e poi saranno immessi nell'atmosfera terrestre per essere inceneriti per ridurre l'inquinamento nello spazio.
Per le comunicazioni utilizziamo la tecnologia dei ripetitori satellitari. Tre satelliti sono posizionati sopra la Luna, assicurando che ogni parte della Luna sia coperta da almeno un satellite e utilizzando la banda S UHF, che può penetrare la ionosfera terrestre senza deviazioni o riflessioni, consentendo un'efficiente comunicazione a microonde tra i campi e la Terra e tra i campi sulla Luna.
Per il trasporto di rifornimenti, attrezzature scientifiche e personale. Utilizziamo il punto lagrangiano nello spazio Terra-Luna, dove le forze gravitazionali dei due corpi principali Terra-Luna si annullano a vicenda e gli oggetti situati in questo punto possono rimanere relativamente in equilibrio. È sufficiente imprimere una piccola spinta in questo punto per far muovere ciò che vogliamo trasportare nella direzione della spinta. Ci sono teoricamente cinque punti lagrangiani nel sistema Terra-Luna, e quello che usiamo noi si trova a circa 323.110 km dalla Terra. Per prima cosa lanciamo il veicolo spaziale verso la stazione di sosta nel punto lagrangiano, dove aggiungiamo il propellente, e allo stesso tempo lanciamo un lander dalla Luna per raccogliere il veicolo spaziale e trasportare ciò che vogliamo consegnare dalla stazione di sosta alla Luna. In questo modo, il veicolo spaziale non avrebbe più bisogno di trasportare il propellente per l'atterraggio lunare e per il decollo e il ritorno quando lascia la Terra, né di trasportare un modulo lunare, i costi di trasporto sarebbero notevolmente ridotti e il lander lunare potrebbe essere utilizzato più volte, poiché la Luna non ha atmosfera.
La ricerca del nostro gruppo sul campo lunare si concentra su astronomia, botanica e geologia.
Osserveremo gli oggetti vicini alla Luna e sul retro della Luna attraverso i telescopi, e la NASA ha già proposto la possibilità di costruire un osservatorio sul retro della Luna per evitare l'inquinamento luminoso e delle comunicazioni dalla Terra. Pertanto, costruiremo radiotelescopi a lunghissima lunghezza d'onda sul retro della Luna. Rispetto ai telescopi astronomici sulla Terra e nell'orbita vicina alla Terra, la costruzione di radiotelescopi a lunghissima lunghezza d'onda sul retro della Luna presenta enormi vantaggi, tra cui: i telescopi astronomici a lunghissima lunghezza d'onda osservano l'universo a lunghezze d'onda superiori a 10 metri (con frequenze inferiori a 30 MHZ), in grado di riflettere la ionosfera terrestre, che finora non è stata esplorata dall'uomo; la Luna agisce come uno strato di barriera fisica naturale per aiutare i telescopi astronomici lunari a isolare gli effetti delle sorgenti di rumore radio provenienti dalla Terra, dalla ionosfera, dai satelliti orbitanti intorno alla Terra e dai segnali di interferenza radio provenienti dal Sole durante le notti lunari. È quindi necessario distribuire una griglia metallica di 1 km di diametro per formare un riflettore a forma di calotta sferica con un adeguato rapporto profondità/diametro.
In botanica, studieremo il suolo lunare raccolto dai robot lunari e i semi e le piantine di piante portati dalla Terra, utilizzando la microscopia e gli esperimenti chimici per scoprire se gli oligoelementi presenti nel suolo lunare possono fornire alle piante energia e nutrienti sufficienti. Nel laboratorio di scienze, coltiviamo anche diversi semi di piante nel suolo lunare per trovare le piante più adatte a crescere sulla Luna. Durante il processo di incubazione, mettiamo i semi con il suolo lunare in un termostato con luce blu e rossa per garantire il massimo tasso di crescita dei semi.
Dal punto di vista geologico, le caratteristiche topografiche della superficie lunare possono essere classificate approssimativamente in tre categorie: altopiani, crateri da impatto del mare lunare e topografia vulcanica. Utilizzeremo il rover lunare per raccogliere campioni rilevanti e indagheremo la morfologia della superficie lunare e le caratteristiche di distribuzione dei materiali lunari studiando i tre tipi di campioni recuperati dalla superficie lunare: rocce ignee cristalline, brecce e suoli lunari e particelle di vetro.
Inoltre, il rover lunare sarà progettato e fabbricato nell'area di ricerca, avrà la funzione di raccogliere campioni lunari e sarà dotato di stampanti 3D, attrezzature mediche e materiale abitativo sul veicolo per garantire che gli astronauti sul rover lunare possano svolgere attività lavorative, oltre che vivere e riposare.
La Luna ha una gravità molto bassa, un terreno ondulato e molte esplorazioni lunari devono essere eseguite dagli astronauti al di fuori della capsula; per questo motivo addestreremo gli astronauti all'assenza di gravità e alla simulazione dell'ambiente lunare, in modo che possano adattarsi in anticipo all'assenza di gravità per ridurre il disagio fisiologico e aiutare l'esplorazione all'aperto a svolgersi più agevolmente.
La Luna è un ambiente estremamente pericoloso e sconosciuto per gli esseri umani, e gli astronauti che la esplorano devono garantire la propria sicurezza, e poi quella dei loro compagni, quindi saremo addestrati e simulati per la gestione di alcune possibili emergenze.
Di fronte a un ambiente così sconosciuto, gli astronauti devono sopportare una grande pressione psicologica per andare sulla Luna, per uscire dalla capsula di ricerca, ecc. Pertanto, per rendere più agevole l'atterraggio sulla Luna, forniremo una guida psicologica agli astronauti per ridurre la pressione psicologica e il disagio psicologico, in modo che gli astronauti portino a termine la missione con un atteggiamento positivo.
La Luna ha molti materiali inesplorati e non studiati, e gli astronauti devono avere una buona conoscenza della Luna prima di andare sulla Luna; faremo in modo che gli astronauti imparino a usare le macchine avanzate nei campi lunari per effettuare ricerche e indagini sui materiali presenti sulla Luna.
Nell'ambiente senza peso, i muscoli degli astronauti possono gradualmente scomparire; prima di andare sulla Luna, gli astronauti dovranno svolgere un rigoroso allenamento fisico e una dieta ragionevole per garantire che nella missione a lungo termine mantengano una buona salute e forza fisica.
Le missioni comprendono veicoli spaziali con equipaggio utilizzati per volare dalla Terra alla Luna, veicoli di lancio utilizzati per rifornirsi di rifornimenti e materiali, sonde utilizzate per esplorare l'ambiente e altro ancora. Nel campo lunare, gli astronauti possono anche controllare a distanza piccoli robot da esplorazione all'interno per l'esplorazione avanzata e la raccolta di campioni sulla Luna, mentre ci sono anche collegamenti orbitali a vari edifici per il trasporto rapido su lunghe distanze.
La Luna ha poca gravità e nessuna atmosfera, quindi attualmente possiamo usare il veicolo per invertire la spinta per rimandare il veicolo spaziale sulla Terra. In futuro, potremo anche utilizzare dispositivi di catapulta elettromagnetica per lanciare piccoli veicoli spaziali e navicelle, che è più veloce e più conveniente della manipolazione diretta dei veicoli spaziali, e può essere riutilizzato, meno inquinamento ambientale, sia efficiente che pratico.
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