In Moon Camp Pioneers, each team’s mission is to 3D design a complete Moon Camp using the software of their choice. They also have to explain how they will use local resources, protect astronauts from the dangers of space and describe the living and working facilities in their Moon Camp.
IES SAN ISIDRO Madrid-MADRID Spain 16 6 / 2 Español
3D design software: Tinkercad
El campamento Farcamp recibe este nombre por la palabra “far”, “lejos”, y “camp”, “campamento”, en inglés, ya que este está a cientos de miles de kilómetros.
Este campamento lunar cuenta con espacio para 5 astronautas, 2 rovers lunares para desplazamiento e investigación superficial, un cohete con su respectiva zona de aterrizaje, y una excavadora para la obtención de agua. Debido a la baja presión en la Luna, el agua solo se encuentra en forma de hielo. Esto implica que al momento de extraer el agua se convertirá instantáneamente en gas, esto se denomina sublimación. Nuestra excavadora aprovecha esta circunstancia.
En cuanto a la producción de electricidad, Farcamp, cuenta con diversas formas de su aprovechamiento, como en el sistema de protección de lunamotos y la zona de ejercicio para los astronautas. También cuenta con instalaciones de producción activa, con un campo de helióstatos adaptado a la superficie lunar y otro sistema de espejos que calienta y acumula el calor en un suelo de aluminio.
Finalmente, hemos diseñado unos sistemas de protección pasiva, para los problemas persistentes que suponen la radiación solar constante y los objetos espaciales, y otros de protección activa, para las tormentas solares más fuertes, los lunamotos, y los objetos más peligrosos para la supervivencia en la Luna.
El objetivo principal de este campamento lunar es mantener la presencia de la humanidad en la Luna el máximo tiempo posible con la mayor autosuficiencia posible. Para conseguir esto hemos ideado diversas formas de, primero, cumplir con las necesidades básicas de los astronautas, y segundo, construir las instalaciones que hagan realmente viable la vida permanente en el satélite. Estas necesidades fundamentales son: agua, comida, aire, comunicación con la Tierra, electricidad y, por supuesto, la seguridad. Las instalaciones que buscamos son: una plataforma de despegue y aterrizaje, una flota de vehículos lunares, y un sistema de prevención y protección contra accidentes.
Los mayores problemas para la supervivencia en la Luna son la obtención de agua, energía y los materiales de construcción. Los métodos para su recogida están especificados a lo largo del informe, pero para que estos sean eficientes requerimos de un lugar propicio, el polo sur del satélite. Este cuenta con gran cantidad de basaltos con alto contenido en titanio, gran cantidad de minerales con aluminio (feldespato plagioclasa), hierro y magnesio (piroxeno y olivino) y de silicio, este último en mayor abundancia, formando el 45% de la corteza lunar. Por si fuera poco, el agua en la superficie del polo lunar, se puede encontrar agua abundantemente aunque únicamente en estado sólido (hielo) debido a la baja presión.
La mayor parte de la infraestructura de las instalaciones está formada por aluminio, titanio y silicio, estos se conseguirá de la corteza lunar mediante un sistema de excavación gracias a la gran cantidad de estos encontrada en la Luna.
El aluminio también será utilizado al igual que el silicio, como especificado más tarde, para la producción de electricidad. En forma de un suelo de aluminio y paneles solares respectivamente.
En el proceso de la obtención de titanio aprovecharemos los protones acumulados por el viento lunar en el material para atrapar el hidrógeno en el que se convierten al desprenderse. Así obtenemos dos materias primasa importantes a la vez.
En cuanto al diseño del campamento, hemos escogido uno de estilo iglú para proteger la estructura y repartir los impactos a lo largo de la estancia. También, para optimizar la cantidad de material necesario, todos los espacios están aprovechados al máximo.
La Luna presenta diversos peligros, ya sean los lunamotos frecuentes, radiación solar o los impactos de objetos lunares.
Para evitar la gran cantidad de lunamotos, que ocurren a incluso distancias de menos de 30 kilómetros de la superficie, recurriremos a unas estructuras en las bases de todas la edificaciones del campamento, que se mueven en conjunto con ellos, así evitamos daños en las estructuras y generamos electricidad con la energía cinética producida.
La radiación en la Luna es un problema muy importante ya que puede causar la muerte en minutos en grandes cantidades, y , en dosis más pequeñas pero prolongadas son causantes de cáncer, cataratas, etc.
Para protegernos de ella, los trajes para los astronautas se componen de materiales como el Kevlar, el teflón (PTFE) y el Nomex para la resistencia a la falta de presión externa, a accidentes, y reflejar la radiación y resistir temperaturas extremas.
La Luna, a diferencia de la Tierra, carece de atmósfera, por lo que la gran mayoría de los objetos espaciales que caen hacia esta no son desintegrados. En añadido, al tener un campo gravitatorio leve, cualquier objeto que impacte con la Luna, forma un cráter y levanta una secuencia de objetos más pequeños que recorren kilómetros antes de parar. Estos elementos más pequeños son los que debemos evitar ya que pueden ir a velocidades mayores de 100 m/s. Para esto podemos usar un radar que siga a los objetos más grandes y poder predecir su comportamiento.
En conjunto, se predecirán las amenazas que puedan surgir para que los astronautas residentes tomen medidas de prevención. Esto sumado a los sistemas pasivos ya mencionados que evitarán los problemas permanentes, como la radiación leve que está siempre presente, proporcionan una seguridad completa a los astronautas.
Agua:
Tenemos un prototipo de taladradora que funciona con energía solar, dotada de un radar capaz de detectar el hielo en los cráteres de los polos y que es capaz de trasladarse hasta ellos obteniendo el gas y produciendo un cambio de estado en la propia máquina para terminar filtrando el agua obtenida.
Comida:
En relación a la autosuficiencia de la base la producción de comida es esencial. Para esto construiremos un invernadero del que obtener verduras como patatas, lechugas y cereales. El aire necesario para estas instalaciones utiliza el mismo sistema que para los astronautas.
Aire:
Con la ayuda de la radiación solar, el sistema utiliza el suelo lunar para electrolizar el agua, que se podría extraer de la propia Luna y deshidratando los gases que exhalen los astronautas, generando dos productos: oxígeno e hidrógeno.
El dióxido de carbono que emiten los habitantes de la Luna también se puede almacenar y combinar con ese hidrógeno mediante un proceso de hidrogenación catalizado por el suelo lunar. Así se generan hidrocarburos como el metano, que se podría utilizar como combustible.
Energía eléctrica:
Para conseguir electricidad en la Luna nos aprovecharemos de los largos días en esta mediante un campo de helióstatos. El problema reside en mantener esta corriente durante las noches lunares. Para ello, construiremos un suelo de aluminio, obtenido de la superficie lunar, luego con unas tuberías por las que corre agua recirculada, y un sistema de espejos que enfocan a la tubería, evaporando el líquido y calentando el suelo construido. Finalmente, durante la noche lunar este calor se transmite a un motor térmico, abasteciendo de electricidad al campamento por la noche también.
Además aprovecharemos algunas fuentes alternativas como la energía cinética producida durante los entrenamientos de los astronautas, como en una cinta de correr o una bicicleta estática e incluso, mediante el sistema de protección sísmico, podemos convertir los más de 3000 lunamotos anuales en electricidad útil.
Estos se trituran y acumulan. Los astronautas tienen que volver a la Tierra cada 6 meses de media, y este viaje lo aprovecharemos para soltar los residuos sólidos y que caigan hacia la atmósfera donde se desintegran. Los residuos sólidos orgánicos, tanto los producidos por los astronautas como por el invernadero, serán usados para producir compost de forma anaerobia, y reutilizados para enriquecer la cosecha. El proceso de producción de compost se lleva a cabo así, primero se recolectan los deshechos en un envase, y se sellan cada vez que añadamos los nuevos, a las cuatro semanas de mezclado se pueden usar para el cultivo.
En relación a las comunicaciones entre el campamento lunar y la Tierra, se ha diseñado una estancia que cuenta con antenas que conectan con unas estaciones terrestres de comunicación de larga distancia. Estas antenas tienen función de transceptores, unas reciben las ondas para ser interpretadas en el campamento, y otras son capaces de enviar información de vuelta a la Tierra. Además entre los astronautas de este campamento, o de los futuros campamentos lunares que se instalarán, también hay una red interna para la comunicación intralunar. Esta en esencia consta de las mismas instalaciones pero de menor potencia. Las antenas portan las ondas en una dirección u otra, y para los usos personales unos walkie talkies permiten a los residentes comunicarse entre ellos sin necesidad de estar en la base lunar. Finalmente como método de precaución, todas las salas del campamento están dotadas de aparatos de comunicación en caso de ser necesarios.
La tarea primordial para la autosuficiencia en la Luna es la obtención de materiales en la misma. Por lo tanto la investigación llevada a cabo en este campamento se centrará en buscar nuevas formas de explotar recursos, como la optimización del procesado de silicio para su uso como semiconductor, la obtención de helio-3, la obtención de aluminio y titanio. Estos materiales son muy importantes, y su obtención ya es posible, pero buscamos mejorar y economizar estos procesos.
Otra de las investigaciones pendientes de la misión lunar es la capacitación de fusión nuclear en la Luna para producir electricidad, para esto es muy importante la investigación del helio-3. Si conseguimos, como ya mencionado antes, obtener y almacenar helio-3 de forma económica y segura, seremos capaces de acercar la energía nuclear a la Luna. Después de esto se buscarán formas de construir un reactor capaz de aprovechar el helio-3, esto acelerará la expansión del campamento lunar, el objetivo principal de la misión.
Formación de astronautas:
Los requerimientos generales para formar parte de un proyecto lunar los hemos dividido en varias categorías:
Estructura ósea fuerte, necesaria para que el cuerpo humano aguante meses a gravedad baja.
Entrenamiento en gravedad baja para poder llevar a cabo actividades en el campamento lunar sin peligro y de forma eficiente.
Medicina, todos los astronautas deben ser capaces de dar primeros auxilios básicos en cualquier momento en caso de accidente.
Ingeniería, los astronautas llevarán a cabo el ensamblado, mantenimiento y el uso de todos los componentes de la base. Para esto requieren de conocimientos avanzados en ingeniería, de sistemas, energía, etc.
Fortaleza psicológica, esta es la categoría más importante de todas las ya mencionadas, si un astronauta sufre de algún problema psicológico retrasará en gran manera el desarrollo de las instalaciones y el trabajo de sus compañeros. Además puede dar lugar a situaciones muy peligrosas en el campamento.
Habilidades de pilotaje, los astronautas deben de ser capaces de operar naves, tanto para la llegada como para la vuelta a la Tierra cuando sea necesario.
La misión lunar también requiere que se suplan algunas funciones específicas, un astronauta puede cubrir más de una:
Un médico, responsable de hacer chequeos semanales a todos los astronautas, y de los cuidados específicos requeridos.
Un ingeniero, capaz de monitorizar y organizar la construcción del campamento.
Un responsable de la construcción y mantenimiento de los vehículos lunares.
Un responsable de ensamblar los sistemas informáticos intralunares y los sistemas de comunicación con la Tierra, además de su respectivo mantenimiento.
En primer lugar, para llegar a la luna hemos construido un cohete con la aleación de aluminio 6061 ya que sus propiedades mecánicas y la ligereza del material hacen que sea perfecto para construir el cohete. El cohete utilizará queroseno para propulsarse hacia el espacio.
Para movernos en la luna hemos construido un rover que lleva incorporado un satélite que sirve de GPS y monitoriza los datos captados de la experiencia en la luna para analizarlos en el campamento lunar. Además también disponemos de una excavadora con un radar que detecta la presencia de hielo de agua para poder conseguir agua y materiales durante las exploraciones.
