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 nazionale di informatica Tudor Vianu Bucarest-Distretto 1 Romania 17 6 / 2 Inglese
Software di progettazione 3D: Blender
Il Progetto Selene rappresenta una pietra miliare nell'evoluzione della moderna ingegneria astronautica, in quanto mira a stabilire il primo insediamento spaziale con equipaggio sulla Luna. L'obiettivo principale del progetto, articolato in tre fasi, è la creazione di un habitat lunare autosufficiente, finalizzato alla ricerca scientifica. Il cratere Shackleton al Polo Sud della Luna è stato scelto come luogo ideale per l'Moon camp, considerando l'abbondanza di risorse, la copertura dalle radiazioni, la sicurezza degli abitanti, la qualità della vita e il valore scientifico.
Per proteggere gli astronauti dal duro ambiente lunare, l'Moon camp sarà costruito in superficie utilizzando il regolite fuso come barriera naturale contro i micrometeoriti e come isolante contro le fluttuazioni di temperatura. Per garantire la protezione da eventi di radiazione elevata, il progetto prevede una stanza dedicata rinforzata con pareti di alluminio più spesse. Per prevenire gli effetti nocivi del regolite sull'uomo e sulle attrezzature, saranno utilizzate tute spaziali e sistemi di pulizia speciali.
L'Moon camp consentirà agli astronauti di avere un accesso sostenibile a risorse essenziali come acqua, cibo, aria ed energia. L'acqua sarà ottenuta estraendo ghiaccio dai poli e utilizzando l'osmosi inversa, mentre il cibo fresco sarà prodotto combinando la coltura idroponica con la crescita di piante nella regolite lunare.
Nella prospettiva del nostro team, un campo lunare rappresenta un punto di partenza nella moderna evoluzione astronautica. L'obiettivo finale del Progetto Selene è la colonizzazione dell'habitat lunare. Tuttavia, per raggiungere il nostro obiettivo, il campo lunare doveva essere strutturato in tre fasi principali.
A causa degli elevati costi di trasporto e degli scopi di ricerca, la prima fase del Progetto Selene consisterà esclusivamente nello stretto necessario per i primi coloni, che saranno professionisti che dovranno condurre ricerche. Durante questa fase, ingegneri e scienziati mapperanno e ispezioneranno rigorosamente il territorio lunare per garantire un'ulteriore espansione del nostro Moon camp.
La fase 2 consiste nell'ampliamento della nostra base e nella garanzia di uno sviluppo complessivo per i futuri abitanti, mentre la fase 3 prevede l'arrivo dei coloni terrestri. Al termine di questa fase, il Progetto Selene diventerà un insediamento turistico e commerciale, pur mantenendo il suo scopo scientifico iniziale.
Dopo aver studiato a fondo l'ambiente lunare, è stato stabilito che il luogo più promettente è di gran lunga il cratere Shackleton, situato al Polo Sud. Per decidere, abbiamo dovuto analizzare un paio di fattori determinanti, come le risorse, la copertura dalle radiazioni, la sicurezza e la qualità della vita degli abitanti e l'importanza scientifica. Il cratere Shackleton ha superato di gran lunga le nostre aspettative in ognuna delle categorie precedentemente elencate, lasciandoci entusiasti di ciò che il Progetto Selene potrà realizzare se verrà collocato qui.
Il bordo del cratere riceve la luce del sole quasi tutto l'anno, fornendo al nostro Moon camp energia solare costante. Inoltre, a causa dell'ombra dell'interno di Shackleton, il ghiaccio si è accumulato sul suo fondo, che è fondamentale. Attraverso l'elettrolisi, una molecola d'acqua può essere separata in ossigeno e idrogeno. L'idrogeno ottenuto può essere utilizzato come carburante, mentre l'ossigeno è fondamentale per i residenti. Inoltre, le pareti offrono protezione dalle radiazioni e dalla polvere lunare, entrambe letali.
La pianificazione e la costruzione del campo lunare saranno la parte più dispendiosa in termini di tempo e risorse dell'intero progetto Selene. Pertanto, è di estrema importanza che l'infrastruttura lunare consenta l'estrazione locale dei materiali e una transizione serena alla fabbricazione di quantità di base in quasi totale autonomia dalla Terra. Una delle parti più preoccupanti della costruzione sarà il mantenimento dell'ermeticità all'interno degli habitat.
Tuttavia, è possibile creare facilmente una nuova forma di calcestruzzo a partire dal regolite ricco di zolfo, tranne che per l'acqua necessaria, che sarà molto preziosa. Un'altra forma di geotessile con una consistenza schiumosa sarà necessaria per sigillare le camere e creare un ambiente ermetico. A complemento di questi materiali, si utilizzerà il regolite fuso, un materiale molto simile al basalto fuso sulla Terra. Questo materiale si ottiene fondendo la regolite in uno stampo che viene lentamente raffreddato per consentire la formazione di una struttura cristallina; un processo che è notevolmente favorito dalla bassa gravità della Luna. I vantaggi di questo materiale sono le sue proprietà di elevata compressione e moderata trazione, che consentono di ottenere parti di edifici con una resistenza alla compressione e alla trazione dieci volte superiore a quella del calcestruzzo terrestre.
Pertanto, le prime fasi della costruzione sfrutteranno principalmente i materiali terrestri, costruendo l'infrastruttura per consentire la colata di regolite, un materiale altamente resistente all'erosione e una schermatura ideale contro i micrometeoriti e le radiazioni.
Il nostro campo lunare dovrà proteggere gli astronauti dalle numerose minacce dell'ambiente lunare: radiazioni, micrometeoriti, fluttuazioni di temperatura e polvere lunare.
Costruendo la nostra base in superficie, utilizzeremo la regolite di cemento come scudo naturale contro i micrometeoriti. Anche a una profondità di circa 1 metro, il calcestruzzo lunare è in grado di assorbire la maggior parte dei raggi cosmici e delle particelle solari a bassa energia, il che ridurrà drasticamente la quantità di materiali necessari per la protezione dalle radiazioni e quindi il costo del nostro insediamento. Tuttavia, per garantire la sicurezza degli astronauti durante gli eventi di radiazione elevata, come le tempeste solari, una stanza dedicata rinforzata con pareti di alluminio più spesse fornirà un riparo più adeguato. Inoltre, grazie alle sue notevoli proprietà termiche, il regolite fuso fornirà anche un primo strato di isolamento, riducendo l'energia necessaria per mantenere una temperatura costante all'interno dell'habitat, nonostante le variazioni di temperatura di centinaia di gradi all'esterno.
Infine, a causa della sua struttura, composta da particelle molto fini e taglienti, la regolite è dannosa sia per l'uomo che per le attrezzature, ma è anche notoriamente difficile da pulire, come dimostrano le prime missioni Apollo. Per ridurre al minimo l'esposizione alla polvere lunare, utilizzeremo una combinazione di sistemi: In primo luogo, verranno utilizzate tute spaziali speciali, collegate direttamente alle camere d'aria, riducendo così al minimo il contatto degli astronauti con le superfici contaminate. Inoltre, la pulizia dei residui sarà effettuata con l'aspirazione dell'aria, mentre le particelle vaganti saranno catturate dal sistema di filtraggio dell'aria. Un differenziale di pressione positivo tra l'atmosfera dell'insediamento e le camere d'aria garantirà inoltre che la polvere entri il meno possibile nella nostra base lunare. In secondo luogo, tutti i campioni di regolite raccolti saranno collocati in compartimenti sigillati e analizzati con l'ausilio di glovebox, senza mai entrare in contatto con l'aria pulita dell'insediamento.
Con le attrezzature speciali necessarie a causa delle alte temperature, gli astronauti saranno in grado di rimuovere il ghiaccio d'acqua dai poli. Inoltre, genereremo acqua potabile sana utilizzando l'osmosi inversa per rimuovere la maggior parte dei contaminanti dall'acqua spingendola sotto pressione attraverso una membrana semipermeabile. Eseguiremo questo processo due volte alla settimana e raccoglieremo l'acqua rimanente in un serbatoio.
La nostra idea di produrre cibo fresco in loco prevede una serra lunare essenziale, in cui combineremo la coltura idroponica con la coltivazione di piante nella regolite lunare, fornendo così 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 riciclaggio dell'acqua. Per quanto riguarda l'idroponia, abbiamo eseguito un esperimento analogo nel nostro laboratorio di Fisica, studiando gli effetti della relazione simbiotica tra le leguminose e il batterio Rhizobia, che fissa l'azoto, sulla nodulazione delle piante, variando variabili quali: colore e intensità della luce, campo magnetico e contenuto di Rhizobia.
Poiché abbiamo deciso di collocare la nostra base vicino al bordo del cratere Shackleton, al Polo Sud, potremo beneficiare di una luce solare permanente. Poi, immagazzineremo l'energia solare in celle a combustibile, che sono più sicure ed efficienti delle comuni batterie. Queste immagazzineranno anche energia supplementare da utilizzare durante le eclissi lunari, evitando anche il problema delle eclissi lunari, quando la Terra blocca completamente la luce del sole.
Prima di lasciare la Terra, faremo delle "scorte" con ossigeno sufficiente per i primi giorni sulla Luna. Poi tratteremo il regolite ricco di ossigeno: un metodo sperimentalmente provato è l'elettrolisi a sale fuso, che consiste nel mescolare il suolo lunare ad alte temperature con cloruro di calcio; poi, facendo passare una corrente attraverso la miscela, l'ossigeno si raccoglie intorno all'anodo dove viene raccolto.
Il nostro campo lunare sarà dotato di uno speciale sistema di gestione dei rifiuti che sarà in grado di smaltire tutti i rifiuti prodotti dagli astronauti. In primo luogo, tutti i rifiuti saranno suddivisi in organici e non organici, e i rifiuti organici saranno riciclati in fertilizzanti da utilizzare nei giardini del campo. Inoltre, i rifiuti non organici saranno ridotti in piccole particelle e messi in contenitori sigillati per essere conservati. Per garantire che i rifiuti non contaminino l'ambiente lunare, i contenitori saranno collocati in un'area designata, lontano dal campo e dalle sue attività. I contenitori saranno poi raccolti da un veicolo robotico e trasportati a un inceneritore situato in un'area dove le emissioni non causeranno alcun danno all'ambiente. L'inceneritore sarà inoltre dotato di un filtro per garantire che non vengano rilasciate sostanze pericolose.
Per mantenere i contatti con la Terra e con le altre basi lunari, il nostro insediamento si affiderà a un sistema di comunicazione satellitare avanzato. Questo sistema permetterà una comunicazione bidirezionale, consentendoci di inviare e ricevere messaggi. Inoltre, utilizzeremo una combinazione di radio a onde corte, radio ad alta frequenza, comunicazioni satellitari e comunicazioni laser.
Per le comunicazioni a lunga distanza, il campo utilizzerà una combinazione di segnali radio e laser per inviare messaggi sulla superficie lunare, mentre per le comunicazioni a breve distanza utilizzeremo segnali radio e satellitari per comunicare con altre basi lunari. L'equipaggio utilizzerà anche sistemi di trasmissione vocale all'interno della base, video e dati, nonché una tecnologia di crittografia dei dati, per garantire una comunicazione sicura.
Inoltre, il sistema sarà costruito per funzionare in una varietà di ambienti, tra cui temperature estreme, bassa visibilità e lunghe distanze. Infine, il sistema utilizzerà una serie di antenne per garantire che i segnali siano inviati e ricevuti con la massima precisione possibile.
In un primo momento, lo scopo del nostro Moon Camp sarà esclusivamente scientifico e gli argomenti analizzati saranno suddivisi come segue: Geologia, bassa gravità e biologia; astronomia; robotica e tecnologia. Per massimizzare l'efficienza, il nostro brillante equipaggio sarà suddiviso in piccoli reparti di esperti: Biologi, Astronomi, Ingegneri o Scienziati ambientali.
In primo luogo, uno degli scopi principali della nostra base sarà quello di combinare geologia e biologia, studiando così la possibilità di coltivare piante nella regolite lunare. Tuttavia, la nostra serra comprende anche l'esperimento idroponico, che sarà portato un passo più in alto esaminando come le piante si evolvono nell'ambiente a bassa gravità della Luna, rispetto ai nostri lotti di controllo terrestri, come spiegato nella sezione Alimentazione.
Va da sé che la costruzione di un habitat lunare implica direttamente lo studio dell'aspetto astronomico. Pertanto, ci proponiamo di spiegare a fondo l'origine e l'evoluzione della Luna e di sfruttarla al massimo delle sue potenzialità.
Essendo il primo insediamento umano permanente sulla Luna, uno dei suoi principali obiettivi sarà quello di aprire la strada alla colonizzazione da parte dell'umanità di altri pianeti del nostro sistema solare, fornendo un accurato banco di prova per le nuove tecnologie finalizzate all'esplorazione e all'insediamento di nuovi mondi. Inoltre, lo sviluppo di sistemi robotici adatti all'ambiente lunare è fondamentale, in quanto i rover performanti sono assolutamente necessari per il trasporto sulla Luna.
In sintesi, il nostro team motivato è destinato a fare scoperte lunari rivoluzionarie in vari campi, poiché senza dubbio attueremo un numero crescente di programmi di ricerca su un'ampia gamma di argomenti scientifici, alcuni dei quali non sono stati studiati prima. Ad esempio, abbiamo in programma di approfondire altre materie chiave (Fisica, Biochimica, Ecologia o Zoologia) o addirittura l'Immunologia (valutando la trasmissibilità del COVID-19 sulla Luna).
Per garantire le capacità dell'equipaggio, ci saranno molti test e programmi immersivi che prepareranno gli scienziati a mantenere la prima base sulla Luna. La preparazione sarà quindi simile all'addestramento della ISS, con particolare attenzione al controllo autonomo senza la necessità di comunicare con la Terra.
L'addestramento in loco prevede simulazioni di missione che preparano l'equipaggio alle difficoltà che probabilmente incontreranno. Inoltre, ai partecipanti verranno insegnate le capacità di gestione delle risorse lunari e impareranno a sviluppare e condividere la consapevolezza della situazione in un ambiente di missione complesso.
Inoltre, è necessario aggiungere al programma corsi sullo sviluppo di migliori capacità di apprendimento attivo, sui protocolli di comunicazione e su come confezionare le chiamate comm-loop. Sarà quindi necessario discutere le operazioni relative al Gateway, compreso un elemento di tele-operazione richiesto e una missione di riferimento per i siti di atterraggio e le traversate della superficie lunare.
Inoltre, il team dovrà familiarizzare con l'unità di mobilità extraveicolare di esplorazione per astronauti. Inoltre, è prevista una simulazione in cui l'architettura operativa integra le operazioni scientifiche e di rover all'interno di una sala di controllo che abituerà l'equipaggio a controllare a distanza i rover sul posto.
Pertanto, il nostro equipaggio dovrà partecipare a un programma su misura di 3 settimane per abituarsi completamente al modo in cui Selene verrà gestita e costruita.
Per esplorare in modo efficiente le vaste superfici lunari, il campo lunare disporrà di più tipi di veicoli. Ci saranno quindi due tipi di rover autonomi: uno progettato per l'estrazione e il trasporto di ghiaccio d'acqua e l'altro utilizzato per l'esplorazione di nuovi terreni. Per le missioni a lunga distanza, gli astronauti utilizzeranno anche un veicolo con equipaggio. Questo dovrà essere dotato di un modulo pressurizzato in grado di ospitare fino a tre persone e di essere completamente autosufficiente per più giorni alla volta.
Il viaggio da e verso la Terra si svolgerà in due fasi: In primo luogo, gli astronauti lasceranno la Terra su un razzo che li porterà nell'orbita lunare. Poi, la capsula si incontrerà con il gateway lunare della NASA, dove l'equipaggio si imbarcherà su un lander per arrivare sulla superficie della Luna.
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