Projekt PIONEERS (Permanent International COlonies Near CratErs Exploiting lunar ReSources) ma na celu ustanowienie długoterminowego pobytu na Księżycu poprzez wykorzystanie zamkniętego cyklu ekologicznego i wspólnych zasobów księżycowych, umożliwiając w ten sposób zbudowanie kilku prawie niezależnych baz.

Aby to osiągnąć, wewnątrz ściany krateru księżycowego na biegunie południowym zostanie zbudowana promieniowo symetryczna baza, taka jak Shackleton. Woda będzie wydobywana i wykorzystywana jako punkt wyjścia szeregu procesów, które umożliwią uprawę żywności, ponowne pozyskiwanie składników odżywczych i produkcję niezbędnych gazów, takich jak dwutlenek węgla, tlen, wodór lub azot. Na szczytach ścian krateru umieszczone zostaną panele słoneczne zapewniające stałe zasilanie elektryczne, które może być współdzielone przez kilka baz. Będą one osłonięte na wypadek zagrożeń meteorycznych, które zostaną wykryte z wyprzedzeniem.

Osiem dwudziestościennych kopuł będzie pełnić różne funkcje i pomieści do ośmiu osób, które będą go używać do badania pobliskich obszarów za pomocą łazików, wytwarzania produktów o niskiej grawitacji w celu uzyskania funduszy na utrzymanie oraz przeprowadzania różnych eksperymentów w celu zbadania nowych technologii odpowiednich do życia na Księżycu. Co więcej, będzie on również wykorzystywany jako port kosmiczny do wylotu na Marsa w przyszłości. Produkcja in situ różnych substancji, w tym tlenu, metanu i wodoru, umożliwi zasilanie statków kosmicznych w razie potrzeby.

Ogólnie rzecz biorąc, baza byłaby odskocznią do stworzenia niezależnych kolonii na dużą skalę, które mogłyby ponownie wykorzystywać swoje zasoby i czerpać z lokalnych, jednocześnie zapewniając zyski naukowe i komercyjne.

Obóz księżycowy zostałby zbudowany wewnątrz ścian krateru bieguna południowego, takiego jak Shackleton. W ten sposób byłby chroniony przed promieniowaniem i zagrożeniami meteorytowymi, a jednocześnie umożliwiałby zbudowanie wokół niego kilku baz. Biorąc pod uwagę jego dużą szerokość w porównaniu do bazy, umożliwiłoby to przyszłą rozbudowę w celu pomieszczenia większej liczby ludzi. Krater byłby wykorzystywany do pozyskiwania lodu, który dostarczałby wodoru, tlenu i wody. Dodatkowo, tak zwane szczyty wiecznego światła zostałyby wykorzystane do osiągnięcia stałej produkcji energii elektrycznej za pomocą paneli słonecznych, które mogłyby być współdzielone, zmniejszając w ten sposób konkurencję w kolonizacji tego obszaru i zachęcając do współpracy.

Baza składałaby się z siedmiu dwudziestościennych kopuł połączonych rurami w celu poprawy stabilności, ponieważ składają się one z trójkątów równobocznych wykonanych ze stopów HY, aby wytrzymać ciśnienie wraz z odporną na zarysowania plastikową osłoną, szczególnie w obszarach zewnętrznych, a także garażem dla łazika. Płyty te zostałyby wysłane na powierzchnię wraz z mobilnymi maszynami zasilanymi przez RTG, które umożliwiłyby wywiercenie niezbędnej przestrzeni. Służyłoby to również jako wstępna misja do testowania procedur i technologii. Dodatkowo, jego system opon mógłby być obracany pionowo i rozmieszczać rury do rozprowadzania lodu. Przejechałby nad górnymi ścianami krateru, a następnie zszedł z powrotem do bazy. Wysłane zostałyby również anteny do komunikacji. Z czasem, wraz ze wzrostem obecności ludzi, można by zbudować bardziej złożone systemy łączące kilka baz. Regolit byłby wydobywany na miejscu w celu utworzenia powłok ochronnych, które można by zastosować w przypadku wykrycia potencjalnego zagrożenia. Byłyby one przetwarzane i wykorzystywane jako materiał do drukarek 3D przez te poliwalentne maszyny. Aby obniżyć koszty tej wstępnej fazy, potrzebny byłby międzynarodowy program, wraz z wykorzystaniem rakiet nośnych wielokrotnego użytku.

Aby zmniejszyć narażenie na promieniowanie, baza zostałaby zakopana wewnątrz ściany krateru z małym, pokrytym regolitem wyjściem, w którym zostałyby rozmieszczone łaziki. Byłyby one pokryte materiałem odpornym na promieniowanie i miałyby przymocowane skafandry księżycowe w taki sposób, aby można było usunąć pył księżycowy z tylnej części. Dodatkowo łaziki znajdowałyby się w zewnętrznej komorze połączonej z bazą, gdzie byłyby utrzymywane. Pył byłby usuwany z ich powierzchni poprzez pompowanie nadmiaru dwutlenku węgla do pojazdów, a następnie filtrowany. Łaziki mogłyby być również zdalnie sterowane do operacji zwiadowczych, aby uniknąć ekspozycji. W przypadku wykrycia jakiegokolwiek zagrożenia przez obserwację satelitarną, w rozsądnych obszarach, takich jak panele słoneczne, budowane byłyby przenośne sufity regolitowe. Wreszcie, aby zmniejszyć wpływ niskiej grawitacji, istniałaby przestrzeń poświęcona aktywności fizycznej.

Woda byłaby wydobywana w postaci lodu z zagłębienia krateru i transportowana do zewnętrznego obszaru bazy, gdzie byłaby topiona za pomocą gorących luster. Jego część byłaby wykorzystywana w zbiornikach hydroponicznych, a także mogłaby być pozyskiwana jako produkt odpadowy z organizmów rozkładających, które żywią się szczątkami roślin. Dwutlenek węgla wydalany przez astronautów byłby przetwarzany w reakcji Sabatiera w celu uzyskania jeszcze większej ilości wody, a także w reakcji przemiany wodno-gazowej. Woda uzyskana w postaci pary byłaby chłodzona i poddawana ciśnieniu w celu jej skroplenia.

W jednej z kopuł znajdowałyby się zbiorniki hydroponiczne, w których hodowano by kilka rodzajów roślin: soję, ciecierzycę i orzeszki ziemne w celu uzyskania białka i tłuszczu; ziemniaki w celu uzyskania węglowodanów; oraz rośliny zielonolistne, takie jak bodziszki, w celu uzyskania przydatnych minerałów, takich jak wapń, kluczowych dla uniknięcia osteoporozy. Okrzemki byłyby również hodowane w celu usuwania dwutlenku węgla i produkcji tlenu wraz z wielokomórkowymi algami. Rozkładające się grzyby i bakterie żerowałyby na szczątkach roślin w ciemnych komorach jako dodatkowe źródło białek oraz do produkcji wody, dwutlenku węgla i azotu, które byłyby wychwytywane i wysyłane z powrotem do roślin, odtwarzając cykl azotowy w celu zmniejszenia zapotrzebowania na importowane substancje potrzebne do wzrostu roślin.

Energia byłaby generowana głównie przez panele słoneczne rozmieszczone wokół szczytów ścian krateru, aby zapewnić stałe zasilanie nawet w ciemnych okresach cyklu księżycowego. Byłaby ona również rozprowadzana pomiędzy kilkoma bazami po ich wybudowaniu. Wodór uzyskany z elektrolizy wody i WGS mógłby być również wykorzystywany w ogniwach paliwowych w celu uzyskania większej ilości energii. Innymi dodatkowymi źródłami energii byłyby ciepło generowane przez komorę kompostową i metan wytwarzany w procesie Sabatiera, który mógłby być przechowywany jako paliwo lub spalany.

Do uzyskania różnych rodzajów gazów wykorzystano by kilka reakcji. Lód byłby poddawany elektrolizie w celu uzyskania tlenu i wodoru, które miałyby kilka zastosowań, jak wspomniano powyżej. Tlen byłby zużywany przez mieszkańców i organizmy w kompostowniku, uzyskując azot poprzez filtrowanie produktów odpadowych. Początkowo azot i tlen byłyby importowane z Ziemi w celu stworzenia atmosfery bazy, ale mogłyby być produkowane na małą skalę przez rolnictwo za pomocą odpowiednio rozkładających się roślin i alg. Dwutlenek węgla byłby wykorzystywany w reakcji Sabatiera do uzyskiwania wody i metanu, a także do usuwania pyłu z łazików. Ogólnie rzecz biorąc, atmosfera byłaby stale monitorowana przez czujniki w celu wykrycia wszelkich możliwych wycieków, a importowane rezerwy byłyby przechowywane na wypadek jakiegokolwiek wypadku. Wszelkie szkodliwe gazy, takie jak CO z WGS, mogłyby zostać uwolnione do atmosfery i usunięte przez wiatr słoneczny.

Obóz pełniłby kilka funkcji jednocześnie. Byłby to międzynarodowy, skalowalny eksperyment mający na celu wypróbowanie różnych procedur i strategii w celu ustanowienia stabilnych, niezależnych baz, które mogłyby dzielić się lokalnymi zasobami za pośrednictwem połączonej sieci.

Dodatkowo, ekspedycje o dużym zasięgu, zarówno zdalne, jak i poprzez EVA, dostarczyłyby nieocenionej wiedzy na temat geologii Księżyca, nie tylko na poziomie powierzchni, ale także na głębszych poziomach za pomocą maszyn wiertniczych. Mógłby być również wykorzystywany do badania zastosowań i produktów o niskiej grawitacji i eksportowania ich w celu obniżenia ogólnych kosztów, dostarczając różnorodnej wiedzy naukowej. W dłuższej perspektywie, dzięki niskiej grawitacji i produkcji materiałów pędnych na miejscu, może być wykorzystywany jako przyszły punkt startowy dla misji na Marsa.

Załoga budziłaby się po okresach 8-9 godzin snu, chociaż para astronautów pilnowałaby pokoju łączności, kontaktując się zarówno z Ziemią, jak i innymi pobliskimi bazami w razie potrzeby. Pary te zmieniałyby się regularnie, a reszta załogi mogłaby odpoczywać w ciągu dnia. Przeprowadzona zostałaby ogólna procedura skanowania, a następnie załoga poświęciłaby swój czas na różne eksperymenty naukowe w zależności od ich specjalizacji. Na przykład geolodzy mogliby wykonywać EVA lub zdalnie obsługiwać łaziki; botanicy mogliby nadzorować uprawy i przeprowadzać eksperymenty w warunkach niskiej grawitacji w laboratorium; inżynierowie mogliby monitorować reakcje i pomagać w naprawie wszelkich wycieków i tak dalej. Po siedmiu godzinach pracy załoga zbierała się w centralnym pomieszczeniu, aby zjeść lunch i mieć dwie godziny wolnego, kiedy mogli ćwiczyć na siłowni, poddać się badaniom lekarskim, zrelaksować się w centralnym pomieszczeniu itp. Następnie przeprowadzana była analiza danych z pobranego materiału lub przeprowadzonych eksperymentów, a także prace konserwacyjne, takie jak przegląd kompostownika, czyszczenie łazików itp. Ogólne wyniki byłyby przesyłane na koniec dnia jako raport dzienny, w którym weryfikowano by takie aspekty jak wykonalność procesów produkcyjnych, eksperymentów, sugestii itp. oraz otrzymywano by instrukcje z Ziemi. Kanał byłby jednak stale otwarty i odpowiednio monitorowany. Jeśli potrzebne byłoby jakiekolwiek zaopatrzenie, baza poprosiłaby o misję towarową, a wyrzutnie wielokrotnego użytku przenosiłyby zapasy, które schodziłyby na powierzchnię lub w przypadku delikatniejszych materiałów lądowałyby w pobliżu wejścia, byłyby tankowane i odlatywały. W przypadku pojawienia się jakiegokolwiek zagrożenia w innych bazach, załoga mogłaby dostać się tam za pośrednictwem swoich łazików, aby udzielić pomocy, zapewniając szybką reakcję do czasu nadejścia dalszej pomocy z Ziemi, jeśli byłaby ona potrzebna.