moon_camp

Moon Camp Pioneers Galleri 2021-2022

I Moon Camp Pioneers er hvert lags oppdrag å 3D-designe en komplett måneleir ved hjelp av Fusion 360. De må også forklare hvordan de vil bruke lokale ressurser, beskytte astronautene mot farene i rommet og beskrive bo- og arbeidsfasilitetene.

Team: LunarX

Kingston-akademiet  Kingston upon Thames    Storbritannia 15, 17   4 / 0


Ekstern visning for 3d-prosjekt

Prosjektbeskrivelse

Vårt måneleirprosjekt har et viktig vitenskapelig fokus på å utnytte ressursene på månen for å opprettholde menneskelig tilstedeværelse, samtidig som vi gjennomfører to hovedeksperimenter om 1.) plantevekst i omgivelser med lav g og 2.) undersøkelse av mekaniske egenskaper ved månens regolitt. Basen vår kan videreutvikles til å huse bærekraftige bolig- og turistbosettinger. 

 

Byggingen av basen vår skjer ved hjelp av ISRU, som bruker måneregolitt til å beskytte astronautene mot innfallende solstråling i tillegg til å gi strukturell forsterkning. Basedesignet produseres ved hjelp av 3D-printing, utført av en liten flåte med roboter før menneskene ankommer. ISRU brukes fordi det er mer økonomisk effektivt enn å transportere materialer fra jorden til månen. Dette kan deretter fungere som en inngangsport for videre måneutforskning. Måneleiren vår består av to seksjoner, hvorav den ene er en stasjon på overflatenivå som huser kontrollmodul (CM), kjøretøylagringsmodul (VSM) og beboelsesmoduler (HM). Den andre delen, som ligger 15 meter under bakken, er der RTG-ene våre er lagret, for reservestrøm i perioder med mørke i månesyklusen, samt ekstra matforsyninger og et av eksperimentene våre.

 

Oppdraget vårt består av sykluser, og hver nye syklus bringer fire nye besetningsmedlemmer til basen. For eksperiment 1 transporteres regolitten til våre måneprosesseringsenheter (LRPU), der dens egnethet som kilde til drivstoff, oksygen, vann, elektrisk ledning og næringsstoffer for plantevekst analyseres. Deretter spaltes vannisen i oksygen og hydrogen med metan og karbondioksid som avfallsprodukter. I eksperiment 2 ønsker vi å undersøke effekten av lav tyngdekraft og oksygenkonsentrasjon på plantevekst; denne forskningen vil ha overføringsverdi til fremtidige langtidsferder til Månen og Mars, der astronautene må være selvforsynt med mat. 

2.1 Hvor vil du bygge din måneleir?

Vi har bestemt oss for å plassere basen vår på kanten av Peary-krateret nær månens nordpol. På grunn av Månens lille aksiale helling kan dette stedet motta sollys i nesten en hel månedag, noe som gjør det ideelt for solenergiproduksjon. I tillegg til dette er temperaturvariasjonen nær randen mindre og reduserer kostnadene for bygging av basen vår. I motsetning til kantene har dypet av krateret lave temperaturer og lite sollys, men det inneholder store mengder vannis som kan smeltes til drikkevann eller elektrolyseres til hydrogen og oksygen. Begge elementene er nyttige som drivstoff for rakettene våre, mens særlig oksygen er viktig for å opprettholde menneskeliv og aktiviteter på månebasen. Nærheten til disse ressursene bidrar til å redusere transportkostnadene og gjør det mulig å bruke mer tid på forskning.

2.2 Hvordan planlegger du å bygge din måneleir? Beskriv teknikkene, materialene og designvalgene dine.

Byggingen av basen vår vil skje i to trinn. Den første fasen vil være å grave fundamentene for våre underjordiske moduler (UGM), utført ved hjelp av en 3D-printingsprosess og utgraving ledet av en liten flåte med autonome roboter. Disse modulene huser våre backup RTG-er og treningsrom; RTG-ene vil gi innledende strøm for å legge til rette for videre bygging av boligmodulene (HM). Dette vil bidra til å minimere forstyrrelser i oppdraget ettersom astronautene kan gå direkte fra den orbitale kommunikasjonsmodulen (OCM) til (HM). Mens byggingen av den overordnede strukturen ferdigstilles, vil imidlertid astronauter ankomme basen for å fullføre byggingen. Installasjon av kommunikasjonstjenester med Jorden, sammen med utstyr for vitenskapelige eksperimenter, vil være en prioritet for astronautene. Ressursene vil bli transportert ved hjelp av raketter og et relésystem før og under byggeperioden. Etter utvinning av helium 3 og sjeldne metaller kan månebasen etablere et handelsnettverk for å generere inntekter og gjøre basen økonomisk uavhengig. Vi vil forsøke å prioritere bruk av lokale materialer som har egnede egenskaper for å redusere kostnadene. For eksempel kan fundamentet til basene bygges av måneregolitt. Ved å blande den med vann har denne svovelbetongen høyere strekkfasthet og Young-modul enn sementbetong, noe som gjør basen vår enda mer solid. Videre er utformingen av basen vår kompakt, og ofrer estetikk for funksjonalitet, noe som gjenspeiles i vårt valg av en kuppelform som gir større styrke, konstruksjonshastighet og arkitektonisk effektivitet.

2.3 Miljøet på månen er svært farlig for astronautene. Forklar hvordan din måneleir vil beskytte dem. (maksimalt 150 ord)

Måneleiren skal hovedsakelig bygges i betong laget av måneregolitt, med enkelte komponenter (f.eks. sprengningsdører eller heissjakter) i aluminium. Aluminium er et godt materiale for konstruksjon på grunn av sin høye Young-modul og kompresjonsstyrke, i tillegg til at det er lett. Mesteparten av basen vår er konstruert av måneregolitt fordi det er svært allsidig og kan brukes i flere områder av prosjektet for å beskytte astronautene våre:

1.) Belegg for å beskytte leiren mot solstråling

2.) beskyttelse mot meteoritter

3.) strukturell forsterkning for basen (ved hjelp av AI 3D-utskriftsmetode patentert av Space Factory via NASA-finansiering)

 I tillegg er følsomt utstyr som pulsmålere og RTG-er plassert i UGM for å forhindre skadelige virkninger på eventuell stråling på følsomt utstyr som pulsmålere og RTG-er. For ytterligere å minimere helserisikoen for våre astronauter vil lokaliserte magnetfelt (LMF) produsert via torus' omgi basen. Strømmen av supersonisk plasma i torusen vil skape magnetiske spoler som skaper en magnetisk boble rundt HM og CM, og avbøyer potensielt farlige ioniserte partikler. 

2.4 Forklar hva måneleiren din vil gi astronautene:

Vann
Mat
Makt
Luft

Vann er en grunnleggende ressurs både for astronautenes overlevelse og for forskning på utvinning av oksygen og hydrogen til drivstoff via elektrolyse. Ettersom vår base vil fungere som et springbrett for ytterligere oppdrag til Mars i tråd med NASAs og ESAs langsiktige mål, vil anskaffelse og produksjon av vann ved hjelp av omvendt elektrolyse være avgjørende for vedvarende utforskning av planeten. Regioner (som der basen vår ligger) med mye is i månens regolitt eller overflate er ideelle for utvinning av vann. Isen kan smeltes og behandles slik at den blir drikkbar. Det vil også være et resirkuleringssystem integrert i basen for å gjøre livsstøtten på basen til en så lukket syklus som mulig, slik at det blir mindre sløsing med livsviktig vann og oksygen. Vann spiller også en nøkkelrolle for å bevare plantelivet i drivhuset vårt, som fungerer som en kilde til mat for astronautene og en berikende aktivitet for å forbedre den mentale helsen.

Til å begynne med må dette eksporteres fra jorden i byggeperiodene. Det vil bli flere oppdrag for å transportere mat fra jorden til månen. All mat vil bli lagret i UGM, og kan leveres til HM og CM ved hjelp av heisen vår. I tråd med et av våre oppdragsmål om å danne en selvforsynt base på månen, vil mat etter hvert bli dyrket på månen i vårt drivhus for å øke månebasens uavhengighet og redusere de høye kostnadene ved langdistansetransport. Utvalget av mat astronautene kan nyte vil variere fra salater til kjøtt- og fiskeretter, med de fleste lett bedervelige matvarer ferdigpakket for å forlenge levetiden. å undersøke hvordan planter, frukt og grønnsaker vokser som svar på et miljø med lav g vil også være av interesse.

Denne vil komme fra en rekke kilder. En betydelig andel av energien vil komme fra solen ved hjelp av monokrystallinske solcellepaneler, ettersom solcelleparken vil ha nesten konstant sollys. Termioniske svinghjul vil fungere som et supplement ved å utnytte temperaturvariasjonene på månen. I tillegg er det muligheter for å bruke piezoelektriske materialer på infrastrukturen på månebasen, i tillegg til veibanen som vil bli kjørt over av LR med jevne mellomrom, for å omdanne den mekaniske påkjenningen fra sammenstøtet med partiklene til elektrisk strøm og samtidig fungere som et ekstra beskyttelseslag. RTG-er gir reservestrøm i nødstilfeller eller under etterspørselstopper. Estimater av typiske kraftbehov varierer fra 100kwh til 10MWh, avhengig av basens størrelse og krav på lang sikt, så det er viktig å ha en så variert energikilde som mulig for å kunne oppholde seg på månen.

Til å begynne med vil oksygen transporteres fra Jorden til Månen via transportfartøyer som kobles til OCM, og deretter vil månelandingsfartøyet forsyne basen med oksygen. Isen fra måneoverflaten kan smeltes og elektrolyseres for å produsere oksygen, og supplere denne eksterne tilførselen. Vi vil også utforske mulighetene for å bruke cyanobakterier dyrket i drivhuset, sammen med syntetiske mikrober basert på nyere forskning, til fotosyntese, og dermed resirkulere karbondioksidet som frigjøres ved aerob respirasjon av astronautene og produsere mer oksygen. For å forsterke dette ytterligere vurderer vi å bruke en oppskalert versjon av NASAs MOXIE som kan produsere pustbar luft fra elektrolyse av karbondioksid. Eventuell overskuddsluft vil bli lagret for EVA-er eller nødsituasjoner. De to nevnte teknikkene med mikrober og MOXIE (oppskalert) vil etter hvert muliggjøre en base som ikke er avhengig av etterforsyning av oksygen fra Jorden. For å begrense tap av luft til omgivelsene har HM og CM lufttette eksplosjonsdører av aluminium.

2.5 Forklar hva som vil være hovedformålet med din måneleir.

Det overordnede formålet med måneleiren er å etablere et beboelig område der astronautene kan utføre vitenskapelige undersøkelser, blant annet om effekten av månens tyngdekraft og forhold på menneskets anatomi, og materialegenskapene til månens regolitt, særlig som byggemateriale og potensiell leder av elektrisitet. Dette kan deretter utvikles til et større boligområde for fremtidige generasjoner og potensielt gi økonomiske fordeler fra turister fra jorden som kan besøke månebasen. Videre ser vi for oss basen vår som et springbrett for fremtidige oppdrag til Mars og videre ved å dra nytte av de lavere oppskytingskostnadene fra Månen, sammen med en kortere gjennomsnittlig reisetid med større fleksibilitet i oppskytingsvinduene. For å oppsummere vil basen vår

  1. Gjennomføre eksperimenter som øker vår forståelse av virkningene av lav g på menneskets anatomi og materialegenskapene til månens regolitt.
  2. Være selvforsynt, for å støtte den økende ekspansjonen av menneskelig tilstedeværelse i andre verdener.
  3. Bygge bro mellom dagens robotoppdrag til Mars og en eventuell menneskelig tilstedeværelse på Mars' overflate. 
3.1 Beskriv en dag på månen for astronautbesetningen i måneleiren.

Astronautene våkner klokken 6 om morgenen og utfører rutinemessige oppgaver. Frokosten og resten av måltidene vil bli servert med mat som dyrkes på basen, samt proviant som transporteres fra jorden. Om morgenen vil vår gruppe på fire astronauter bli delt i to grupper og utføre eksperimenter. Gruppe 1 vil ta med seg måneregolitt tilbake fra EVA og utføre eksperimenter for å teste egenskapene deres, for eksempel strekkfasthet og om de kan brukes til beskyttelse mot stråling eller til å lede strøm. Gruppe 2 skal arbeide i drivhuset for å overvåke dyrkingen av syntetiske og kunstige mikrober og veksten av planter. Dette vil omfatte undersøkelser av forsyninger av spiselig mat, de optimale forholdene for å dyrke avlinger og planter og bruk av månematerialer for å hjelpe til med dette. De to gruppene vil utføre eksperimentene på skift, slik at alle får en grundig forståelse av hvordan hele basen fungerer. Resultatene vil bli registrert for analyseøktene på ettermiddagen.

 

Begge gruppene kommer tilbake til basen for lunsj. I løpet av lunsjen vil de ha en videosamtale med bakkekontrollen på Jorden. I denne videosamtalen vil de utsette etterforsyningen av oksygen og mat ettersom basen endelig har klart å produsere mat selv via drivhuset. Etter lunsj skal astronautene holde seg i form med styrketrening og løping på tredemølle. Målinger av helsetilstanden deres, som hjertefrekvens, lungekapasitet og blodtrykk, blir tatt som en del av det andre eksperimentet for å evaluere langtidseffektene av miljøer med lav g på menneskets anatomi. De forventer at resultatene vil vise forringelse i beinsammensetningen over tid, sammen med muskelatrofi; disse dataene kan deretter brukes til å utforme oppdrag for fremtidige måneferder som minimerer slike negative helseeffekter, for eksempel kunstig indusert gravitasjon via sentrifugehabitater. Etter lunsj analyserer astronautene resultatene fra måneregoliteksperimentet, og noterer den elektriske ledningsevnen og den termiske varmeutvidelsen; disse dataene overføres deretter til bakkekontrollen på Jorden for videre analyse. Etter dette engasjerer astronautene seg i teambuilding-aktiviteter i CM for å opprettholde gode kommunikasjons- og samarbeidsevner; Det er viktig å opprettholde et godt forhold i mannskapet under lengre oppdragsperioder som dette. Etter middagen snakker de med sine kjære på jorden. For å opprettholde god mental helse er det avgjørende at de er i stand til å takle hjemlengsel mens de er på langvarige oppdrag.

Andre prosjekter:

  SFG - Space Fusion Gang

 

  Sigmund-Freud-Gymnasium
    Østerrike
  LAEVATAIN

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Kina
  Selene

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Kina
  S.P.I.D.E.R. (S.P.I.D.E.R.)

 

  Tudor Vianu National High School of Computer Vitenskap
    Romania