maan_kamp

Moon Camp Pioneers Galerij 2021-2022

In Moon Camp Pioneers heeft elk team de opdracht om een compleet Maankamp in 3D te ontwerpen met behulp van Fusion 360. Ze moeten ook uitleggen hoe ze lokale middelen zullen gebruiken, astronauten zullen beschermen tegen het gevaar van de ruimte en de woon- en werkfaciliteiten beschrijven.

Team: LunarX

De Kingston Academie  Kingston upon Thames    Verenigd Koninkrijk 15, 17   4 / 0


Externe viewer voor 3d project

Beschrijving van het project

Ons Maankamp-project heeft een belangrijke wetenschappelijke focus op het gebruik van hulpbronnen op de Maan om menselijke aanwezigheid in stand te houden, naast het uitvoeren van twee hoofdexperimenten op het gebied van 1.) plantengroei in een lage g-omgeving en 2.) het onderzoeken van mechanische eigenschappen van maanregolith. Onze basis kan verder worden ontwikkeld om duurzame woon- en toeristische nederzettingen te huisvesten. 

 

Onze basis wordt gebouwd met behulp van ISRU, waarbij gebruik wordt gemaakt van maangesteente om de astronauten te beschermen tegen invallende zonnestraling en om de constructie te verstevigen. Het ontwerp van de basis wordt gemaakt door middel van 3D-printen, uitgevoerd door een kleine vloot van robots voorafgaand aan de aankomst van de mens. Er wordt gebruik gemaakt van ISRU omdat dit economisch efficiënter is dan het vervoeren van materialen van de aarde naar de maan. Dit kan dan dienen als een toegangspoort voor verdere maanverkenning. Ons Maankamp bestaat uit twee secties, waarvan de ene een oppervlaktestation is dat de controlemodule (CM), de voertuigopslagmodule (VSM) en de woonmodules (HM) huisvest. De tweede sectie, gelegen op 15 meter onder de grond, is waar onze RTG's zijn opgeslagen, voor reserve-energie tijdens perioden van duisternis in de maancyclus, evenals extra voedselvoorraden en een van onze experimenten.

 

Onze missie bestaat uit cycli, waarbij elke nieuwe cyclus vier extra bemanningsleden op de basis brengt. Voor experiment 1 wordt regolith naar onze maanregolithverwerkingseenheden (LRPU) vervoerd, waar de geschiktheid als bron van brandstof, zuurstof, water, elektrische geleiding en voedingsstoffen voor plantengroei wordt geanalyseerd. Vervolgens wordt het waterijs gesplitst in zuurstof en waterstof met methaan en kooldioxide als afvalproducten. Voor experiment 2 willen we de effecten van lage zwaartekracht en zuurstofconcentratie op de plantengroei onderzoeken; dit onderzoek zal van nut zijn voor toekomstige lange-termijnmissies naar de maan en mars, waar astronauten zelfvoorzienend voedsel zullen moeten produceren. 

2.1 Waar wilt u uw Maankamp bouwen?

We hebben besloten om ons basiskamp op de maan te vestigen aan de rand van de Peary krater nabij de noordpool van de maan. Door de kleine axiale kanteling van de maan kan deze locatie bijna een hele maandag lang zonlicht ontvangen, waardoor het ideaal is voor het opwekken van zonne-energie. Bovendien is het temperatuurverschil bij de rand kleiner en zijn de kosten voor de bouw van onze basis lager. In tegenstelling tot de randen hebben de diepten van de krater lage temperaturen en weinig blootstelling aan zonlicht, maar ze bevatten enorme hoeveelheden waterijs dat kan worden gesmolten om water te drinken of kan worden geëlektrolyseerd voor waterstof en zuurstof. Beide elementen zijn nuttig als drijfgas voor onze raketten, terwijl zuurstof in het bijzonder essentieel is om menselijk leven en activiteiten op de maanbasis in stand te houden. De nabijheid van deze hulpbronnen helpt de transportkosten te drukken en maakt het mogelijk meer tijd aan onderzoek te besteden.

2.2 Hoe ben je van plan je Maankamp te bouwen? Beschrijf de technieken, materialen en je ontwerpkeuzes.

De bouw van onze basis zal in twee fasen plaatsvinden. De eerste fase is het graven van de funderingen voor onze ondergrondse modules (UGM), uitgevoerd met behulp van een 3D-printing proces en graafwerkzaamheden geleid door een kleine vloot van autonome robots. In deze modules worden onze reserve RTG's en oefenruimtes ondergebracht; de RTG's zullen de eerste stroom leveren om de verdere bouw van de woonmodules (HM) mogelijk te maken. Dit zal helpen minimaliseren onderbrekingen van de missie als astronauten kunnen direct verplaatsen van de orbitale communicatie module (OCM) naar (HM). Terwijl echter de laatste hand wordt gelegd aan de bouw van de totale structuur, zullen astronauten op de basis aankomen om de bouw ervan te voltooien. De installatie van communicatiediensten met de aarde, naast apparatuur voor wetenschappelijke experimenten, zal een prioriteit zijn voor de astronauten. De hulpbronnen zullen worden vervoerd met behulp van raketten en een relaissysteem voor en tijdens de periode van de bouw. Na extractie van helium 3 en zeldzame metalen, kan de maanbasis een handelsnetwerk opzetten om inkomsten te genereren, waardoor de basis economisch onafhankelijk wordt. We zullen proberen voorrang te geven aan het gebruik van lokale materialen met de juiste eigenschappen om de kosten te drukken. De fundering van de bases kan bijvoorbeeld worden gemaakt van maangesteente. Door het te mengen met water heeft dit zwavelbeton een hogere treksterkte en young's modulus dan cementbeton, waardoor onze basis nog steviger wordt. Bovendien is de lay-out van onze basis compact, waarbij esthetiek wordt opgeofferd aan functionaliteit, wat tot uiting komt in onze keuze voor een koepelvorm die meer stevigheid, een snellere bouw en architectonische efficiëntie biedt.

2.3 De omgeving op de maan is erg gevaarlijk voor de astronauten. Leg uit hoe jouw Maankamp hen zal beschermen. (maximaal 150 woorden)

Het Maankamp zal hoofdzakelijk worden gebouwd met beton uit maangesteente, waarbij voor specifieke onderdelen (b.v. ontploffingsdeuren of liftschachten) aluminium zal worden gebruikt. Aluminium is een geweldig materiaal voor de bouw vanwege zijn hoge Young-modulus en druksterkte, en omdat het licht is. Het grootste deel van onze basis is gemaakt van maangesteente, omdat het zeer veelzijdig is en in meerdere gebieden van het project kan worden gebruikt om onze astronauten te helpen beschermen:

1.) Coating om kamp te beschermen tegen zonnestraling

2.) bescherming tegen inslagen van meteorieten

3.) structurele versterking van de basis (met behulp van AI 3D-printmethode gepatenteerd door Space Factory via NASA-financiering)

 Bovendien wordt gevoelige apparatuur zoals hartslagmeters en RTG's in de UGM geplaatst om de schadelijke gevolgen van eventuele straling op gevoelige apparatuur zoals hartslagmeters en RTG's te voorkomen. Om de gezondheidsrisico's voor onze astronauten verder te minimaliseren, zullen de basis omgeven worden door gelokaliseerde magnetische velden (LMF) die via torussen worden geproduceerd. De stroom van supersonisch plasma in de torus zal magnetische spoelen creëren die een magnetische bel vormen rond HM en CM, waardoor potentieel gevaarlijke geïoniseerde deeltjes worden afgebogen. 

2.4 Leg uit hoe jouw Maankamp de astronauten zal voorzien van:

Water
Voedsel
Vermogen
Air

Water is een fundamentele hulpbron, zowel voor de overleving van onze astronauten als voor het onderzoek naar de winning van zuurstof en waterstof voor brandstof via elektrolyse. Aangezien onze basis als springplank zal dienen voor verdere missies naar Mars, overeenkomstig de langetermijndoelstellingen van de NASA en de ESA, zal de verwerving en productie van water door omgekeerde elektrolyse van het grootste belang zijn voor een duurzame planeetverkenning. Regio's (zoals de locatie van onze basis) met een overvloed aan ijs in het maanregolith of -oppervlak zijn ideaal voor de winning van water. IJs kan worden gesmolten en behandeld om drinkbaar te worden. Er zal ook een recyclingsysteem in de basis worden geïntegreerd om de levensvoorziening op de basis zo gesloten mogelijk te maken; dit zorgt voor minder verspilling van vitaal water en zuurstof. Water speelt ook een sleutelrol in het behoud van plantenleven in onze broeikas dat fungeert als voedselbron voor astronauten en als verrijkingsactiviteit om de geestelijke gezondheid te verbeteren.

In eerste instantie moet dit tijdens de bouwperiodes vanaf de aarde worden geëxporteerd. Er zullen verdere missies komen om voedsel van de Aarde naar de maan te transporteren. Al het voedsel zal worden opgeslagen in UGM, en kan worden geleverd aan HM en CM met behulp van onze lift. In lijn met een van onze missiedoelen om een zelfvoorzienende basis op de maan te vormen, zal voedsel uiteindelijk op de maan verbouwd worden in onze kas om de onafhankelijkheid van de maanbasis te vergroten en de hoge kosten van transport over lange afstanden te verminderen. De variëteit aan voedsel waar de astronauten van kunnen genieten zal variëren van salades tot vlees- en visgerechten, waarbij het merendeel van de bederfelijke waar voorverpakt zal worden om de houdbaarheid te verlengen. Onderzoeken hoe planten, fruit en groenten groeien in reactie op een lage g-omgeving zal ook van belang zijn.

Deze zal afkomstig zijn van verschillende bronnen. Een aanzienlijk deel van de energie zal van de zon komen met monokristallijne zonnepanelen, aangezien de locaties van het zonnepark vrijwel constant zonlicht zullen hebben. Thermionische vliegwielen zullen als aanvulling dienen door gebruik te maken van de temperatuurvariatie op de maan. Verder zijn er mogelijkheden om piëzo-elektrische materialen aan te brengen op de infrastructuur van de maanbasis, alsmede op de rijweg waarover LR regelmatig zal rijden, om de mechanische spanning van de botsingen met deeltjes om te zetten in elektrische stroom, en tegelijk als extra beschermingslaag te dienen. RTG's leveren noodstroom in geval van nood of tijdens piekbelasting. Schattingen van typische energiebehoeften lopen uiteen van 100kwh tot 10MWh, afhankelijk van de omvang op lange termijn en de eisen van de basis, zodat het hebben van een zo divers mogelijke energiebron van vitaal belang is voor een duurzame aanwezigheid op de maan.

In eerste instantie zal zuurstof van de aarde naar de maan worden getransporteerd via transportvoertuigen die in verbinding staan met OCM, en vervolgens zal onze maanlander dit aan de basis leveren. Het ijs van het maanoppervlak kan worden gesmolten en geëlektrolyseerd om zuurstof te produceren, als aanvulling op deze externe toevoer. Wij zullen ook de mogelijkheden onderzoeken om in de serre gekweekte cyanobacteriën te gebruiken, naast synthetische microben op basis van recent onderzoek, om fotosynthese tot stand te brengen, waardoor de kooldioxide die vrijkomt door de aërobe ademhaling van de astronauten wordt gerecycleerd en meer zuurstof wordt geproduceerd. Om dit nog verder te verbeteren overwegen wij het gebruik van een opgeschaalde versie van NASA's MOXIE die in staat is ademlucht te produceren door elektrolyse van kooldioxide. Overtollige lucht wordt opgeslagen voor EVA's of noodgevallen. De twee bovengenoemde technieken met behulp van microben en MOXIE (opgeschaald) zullen uiteindelijk een basis mogelijk maken die niet afhankelijk is van de bevoorrading met zuurstof vanaf de aarde. Om het verlies van lucht naar de omgeving te beperken zijn in HM en CM luchtdichte aluminium explosiedeuren aangebracht.

2.5 Leg uit wat het hoofddoel van je Maankamp zou zijn.

Het algemene doel van het Maankamp is de totstandbrenging van een bewoonbaar gebied voor de astronauten om wetenschappelijk onderzoek te verrichten naar onder meer de effecten van de zwaartekracht en de omstandigheden op de maan op de menselijke anatomie en de materiaaleigenschappen van het maanregolith, met name als bouwmateriaal en potentiële geleider van elektriciteit. Dit kan vervolgens worden ontwikkeld tot een groter woongebied voor toekomstige generaties en mogelijk economische voordelen opleveren van toeristen vanaf de aarde die de maanbasis kunnen bezoeken. Verder zien wij onze basis als een springplank voor toekomstige missies naar Mars en verder door te profiteren van de lagere lanceerkosten vanaf de maan, naast een kortere gemiddelde reistijd met een grotere flexibiliteit van lanceervensters. Samengevat, onze basis zal:

  1. Experimenten uit te voeren die ons inzicht vergroten in de effecten van lage g op de menselijke anatomie, en de materiaaleigenschappen van het maanregolith
  2. Zelfvoorzienend zijn, om de groeiende uitbreiding van menselijke aanwezigheid op andere werelden te ondersteunen
  3. De kloof overbruggen tussen de huidige robotmissies naar Mars en de uiteindelijke menselijke aanwezigheid op het Marsoppervlak. 
3.1 Beschrijf een dag op de maan voor je Maankamp astronautenbemanning.

De astronauten worden om 6 uur 's morgens wakker en voeren dan routinewerkzaamheden uit. Voor het ontbijt en de rest van de maaltijden wordt gebruik gemaakt van voedsel dat op de basis wordt verbouwd en van proviand die vanaf de aarde wordt aangevoerd. In de ochtend zal onze groep van vier astronauten worden opgesplitst in twee groepen en experimenten doen. Groep 1 zal maangesteente meenemen van EVA en experimenten uitvoeren om hun eigenschappen te testen, zoals hun treksterkte en of ze kunnen worden gebruikt als bescherming tegen straling of om elektriciteit te geleiden. Groep 2 zal in de broeikas werken om toezicht te houden op de kweek van synthetische en kunstmatige microben en de groei van planten. Dit omvat het onderzoek naar de voorraden eetbaar voedsel, de optimale omstandigheden om gewassen en planten te laten groeien en het gebruik van maanmaterialen om daarbij te helpen. De twee groepen zullen de experimenten bij toerbeurt uitvoeren, zodat zij allemaal een goed inzicht krijgen in de werking van de hele basis. De resultaten zullen worden opgetekend voor de analysesessies in de namiddag.

 

Beide groepen komen terug naar de basis voor de lunch. Tijdens de lunch zullen ze een videogesprek hebben met de grondcontrole. In dit gesprek zullen ze de bevoorrading met zuurstof en voedsel uitstellen, omdat de basis er eindelijk in geslaagd is om zelfvoorzienend voedsel te produceren via de kas. Na de lunch zullen de astronauten hun lichamelijke conditie op peil houden door weerstandstraining en hardlopen op een loopband. Metingen van hun gezondheidstoestand, zoals hartslag, longcapaciteit en bloeddruk worden gedaan als onderdeel van hun tweede experiment om de lange termijn effecten van lage g-omgevingen op de menselijke anatomie te evalueren. Zij verwachten dat de resultaten na verloop van tijd een verslechtering van de botsamenstelling zullen laten zien, samen met spieratrofie; deze gegevens kunnen dan worden gebruikt bij het ontwerpen van missies voor verdere maanmissies die dergelijke nadelige gezondheidseffecten minimaliseren, zoals kunstmatig opgewekte zwaartekracht via centrifugehabitats. Na de lunch analyseren de astronauten de resultaten van het maanregolietexperiment, waarbij ze de elektrische geleiding en de thermische warmte-uitzetting noteren; deze gegevens worden vervolgens doorgestuurd naar de grondcontrole op aarde voor verdere analyse. Hierna ondernemen de astronauten teambuildingactiviteiten in CM om goede communicatie- en samenwerkingsvaardigheden te behouden; het is belangrijk om een goede relatie binnen de bemanning te behouden tijdens langdurige missies zoals deze. Na het diner praten ze met geliefden op aarde. Om een goede geestelijke gezondheid te behouden, is het van cruciaal belang dat zij tijdens de lange missie met heimwee kunnen omgaan.

Andere projecten:

  Lacus Somniorum

 

  郑州轻工业大学附属中学
    China
  Terra nova

 

  Bertrand Russell College
    Nederland
  Een kleine vonk

 

  郑州轻工业大学附属中学
    China
  Tot in het oneindige en verder

 

  Agrupamento de Escolas do Restelo
    Portugal