Nasza baza Cartier I próbuje przedstawić dokładny model realistycznej osady księżycowej. Pierwszym krokiem w naszym podejściu do tego wyzwania było wymienienie wszystkich problemów, które musiałyby zostać rozwiązane. Znaleźliśmy następujące: budowa, lokalizacja, potrzeby życiowe (żywność, woda, powietrze), energia, bezpieczeństwo (promieniowanie, ciepło, braki zdrowotne) oraz użyteczność. To, co wyróżnia nasze rozwiązanie, to duża rozciągliwość, łatwość instalacji i autonomia, które Cartier I miałaby.

Pierwszą wyprawę poprowadziłoby czterech astronautów, którzy przywieźliby ze sobą wszystkie zasoby budowlane.

• Podczas fazy osiedlania (2-4 tygodnie dla głównych struktur, 6-8 tygodni dla autonomii żywieniowej) astronauci zbudują bazę (szerzej wyjaśnione poniżej) i ustawią główną infrastrukturę, taką jak pozyskiwanie wody i wytwarzanie energii.
• Po osiedleniu się pionierów i uzyskaniu przez bazę autonomii, można przeprowadzić kolejne operacje mające na celu dalszą rozbudowę bazy, która mogłaby stać się wielkoskalową osadą zamieszkałą przez kilkunastu astronautów jednocześnie, gdyż moduły są specjalnie zaprojektowane, by ułatwić rozbudowę.

Stworzyliśmy model CAD przedstawiający podstawowy zarys naszego obozu na Księżycu; składa się on z czterech modułów mieszkalnych i większości infrastruktury zewnętrznej (pozyskiwanie/przechowywanie wody i produkcja energii), która Cartier I miałaby podczas pierwszej wyprawy. Schematy poniżej szczegółowo wyjaśniają konfigurację bazy i wszystkich poszczególnych modułów, a także systemy wytwarzania wody i energii elektrycznej.

Zdecydowaliśmy się na umieszczenie osady bezpośrednio na dnie krateru, którego ściany służyłyby jako skuteczna osłona przed słońcem (eliminuje to również wyzwanie związane z transportem lodu). Jeśli chodzi o wybór krateru, należy dopasować wiele kryteriów: wieczny cień na dnie, silne i częste oświetlenie na krawędzi oraz dobre skupiska lodu wodnego. Innymi zaletami może być wielkość krateru (wpływa na czas podróży), jego bliskość do innych interesujących miejsc oraz orientacja na potencjalnie niezbadane rejony przestrzeni.

Według danych z wyprawy Chandrayaan-1, woda jest najbardziej obecna w okolicach biegunów Księżyca, a więc tam, gdzie najprawdopodobniej znajduje się nasza baza. Brak dokładnych danych dla konkretnych kraterów uniemożliwia nam udzielenie ostatecznej odpowiedzi, ale potencjalnymi kandydatami są krater Shackleton (ze szczytami oświetlonymi przez ~94% roku), krater Whipple (z przewidywaną grubą warstwą lodu), czy krater Peary (który jest dość płytki).

Planujemy wykorzystać kadłub rakiety jako główny szkielet bazy. Gdy rakieta osiągnie orbitę Księżyca, rozłoży się na cztery sekcje, które wylądują niezależnie. Te cztery cylindryczne sekcje będą stanowiły cztery moduły mieszkalne, których astronauci będą potrzebowali podczas pierwszej wyprawy: moduł mieszkalny, moduł komunalny (i sportowy), moduł szklarniowy oraz moduł badawczy (patrz schematy poniżej).

Ponieważ napływ ciepła od promieniowania można zignorować, jedyna potrzebna izolacja termiczna dotyczy strat ciepła na skutek promieniowania (od podstawy - w kierunku zewnętrznym) i przewodzenia przez grunt. Można to zrobić poprzez zastosowanie wielowarstwowej izolacji - z Kaptonu lub Mylaru - do odbijania promieniowania oraz poprzez pogrubienie części kadłuba stykającej się z podłożem. Można też wyobrazić sobie moduły nadmuchiwane, pod warunkiem, że ich podstawa stykająca się z ziemią będzie również wykonana z grubego materiału izolacyjnego.

Wykorzystanie szkieletu rakiety drastycznie skróci czas budowy, ponieważ jedyne konstrukcje, jakie będą potrzebne, to połączenia między modułami, infrastruktura zewnętrzna i meble wewnętrzne. Infrastruktura zostanie zmontowana z małych lub średnich części skonstruowanych na Ziemi; niska grawitacja ułatwi przenoszenie większych części.

Wkrótce po przyjeździe zespół uda się na zewnątrz krateru, aby zainstalować deflektory słoneczne i antenę komunikacyjną. Będzie to jedna z jedynych okazji do pokonania dużych odległości (poza okazjonalnymi pracami konserwacyjnymi), ponieważ obóz jest kompaktowy.

Niebezpieczeństwa, na które mogli być narażeni astronauci, można podzielić na trzy kategorie.

Po pierwsze, kwestie środowiskowe: jak wyjaśniono wcześniej, zwykle szkodliwe promieniowanie z kosmosu nigdy nie dotrze do astronautów na dnie krateru, więc ten problem można wyeliminować. Meteoryty natomiast potencjalnie mogłyby dotrzeć do obozu; jednak szybkie obliczenia (porównanie z ilością, która dociera do atmosfery ziemskiej) pokazują, że prawdopodobieństwo uszkodzenia modułu lub astronauty przez meteoryt jest znikome.

Po drugie, braki zdrowotne: astronauci doświadczą tylko jednej szóstej ziemskiej grawitacji, co spowoduje utratę mięśni. Aby temu przeciwdziałać, astronauci przejdą codzienny trening z maszynami przystosowanymi do pracy w niskiej grawitacji (gumki ściągające osobę w dół, opór magnetyczny itp.)

Po trzecie, problemy techniczne lub wypadki. Wszystkie moduły są zamknięte hermetycznymi drzwiami i nie ucierpią, jeśli jeden z nich pęknie; parametry takie jak temperatura czy skład powietrza będą stale monitorowane, aby zapobiec wypadkom.

Podczas fazy osiedlania astronauci będą polegać na niewielkich dostawach wody przywiezionych z Ziemi. Kiedy już zainstalują główną infrastrukturę, woda będzie wydobywana z regolitu w 3-stopniowym procesie.
Pierwszym krokiem jest wydobycie: łazik wydobywa kawałki regolitu i przenosi je do komory cieplnej.
Drugim etapem jest ekstrakcja: Wykorzystując energię słoneczną, komora jest podgrzewana do około 600K, zmuszając wodę do sublimacji i budując ciśnienie w zbiorniku.
Trzecim i ostatnim etapem jest transport: po przejściu przez turbinę (patrz rozdział o energii elektrycznej), para wodna skrapla się w systemie rur prowadzącym do cysterny z wodą. Regulator będzie monitorował czystość wody, aby upewnić się, że jest ona zdatna do picia; w razie potrzeby może być dalej oczyszczana.
Aby uniknąć marnotrawstwa, woda będzie przetwarzana podobnie jak na ISS: z transpiracji astronautów/roślin, moczu, prysznica i odpływu z umywalki.

Żywność będzie produkowana w module szklarniowym (patrz schematy poniżej).
Warzywa będą produkowane w systemach aeroponicznych i hydroponicznych, które wykorzystują wodę wzbogaconą w składniki odżywcze (składniki odżywcze mogą być syntetyzowane z wydobytego KREEP-u lub skoncentrowane dostawy sprowadzone z Ziemi). W systemie aeroponicznym, korzenie roślin będą spryskiwane mgiełką zawierającą wszystkie potrzebne składniki odżywcze; w hydroponice, końcówka korzeni będzie kąpać się w roztworze (jako podłoże można użyć Rockwool lub Perlite). Rośliny zostaną wybrane pod względem wydajności, czasu wzrostu i wartości odżywczej (szybko rosnące rośliny to jarmuż, fasola, sałata, pomidory, jagody, itp.) Będą one rosły w kontrolowanym środowisku, aby otrzymać idealne natężenie/długość światła i temperaturę.
Sztuczne mięso będzie "hodowane" poprzez kąpiel komórek macierzystych w odżywczej pożywce w celu stworzenia białek.
Inne niepsujące się suplementy diety będą sprowadzane z ziemi w odpowiednich ilościach.

W fazie osiedlania baza będzie zasilana przez radioizotopowy generator termoelektryczny, który zostanie zutylizowany w bezpiecznej odległości od bazy, gdy nie będzie już potrzebny.
Energia elektryczna będzie następnie produkowana w połączeniu z wodą w systemie skoncentrowanej energii słonecznej (CSP):
Dwuosiowe reflektory śledzące zostaną umieszczone na szczytach poza kraterem i będą odbijać światło słoneczne w kierunku tego samego punktu w pobliżu obozu. Umieszczona tam komora grzewcza będzie wytwarzać parę pod wysokim ciśnieniem, która przejdzie przez turbinę i będzie obracać jej łopatki; ten ruch wirowy zostanie zamieniony na energię elektryczną przez generator (wyjaśniony na schemacie poniżej).
Panele słoneczne mogłyby być również wykorzystane jako alternatywa w celu zmniejszenia złożoności systemu, ale zmniejszyłoby to wydajność (tylko ~20% sprawności wobec ~50% sprawności dla turbin) i wymagałoby większej powierzchni.

W procesie oddychania muszą zachodzić dwa zasadnicze procesy: tworzenie O2 i oczyszczanie CO2. Potrzebny azot (80% powietrza) można sprowadzić z Ziemi i nie ulegnie on zużyciu, gdyż jest gazem obojętnym.
Tlen będzie powstawał w wyniku elektrolizy wody. Przykładając różnicę napięć do dwóch elektrod, możemy rozdzielić cząsteczki H20, tworząc wodór i tlen (należy dodać elektrolit, aby zwiększyć przewodność wody). Wodór może być przechowywany, a później wykorzystany jako paliwo rakietowe.
Dwutlenek węgla może być wykonany przy użyciu wodorotlenku litu (LiOH), który reaguje z CO2 do produkcji wody, lub przy użyciu chudego aminy (MEA), która pochłania CO2, aby stać się bogatym MEA, (może być następnie gotowane, aby pozbyć się CO2, co czyni go chudym ponownie).
W fazie osiadania oraz w przypadku wystąpienia problemu z procesem elektrolizy, zostaną użyte świece tlenowe w celu utrzymania poziomu O2 na stabilnym poziomie 20%.

Przede wszystkim, Cartier I'cel będzie miał charakter naukowy. Obóz pozwoli astronautom na przeprowadzenie eksperymentów i badań, których nie można było przeprowadzić na Ziemi, takich jak zachowanie różnych obiektów w niskiej grawitacji lub w pustce. Będzie to również złota okazja do dogłębnej analizy składu regolitu w księżycowych kraterach. Obóz będzie miał również znaczenie w dziedzinie astrofizyki: jego punkt widokowy pozwoli astronautom obserwować gwiazdy, których nie można zobaczyć z Ziemi.

Nasz obóz na Księżycu będzie również służył jako punkt orientacyjny dla kolonizacji kosmosu. Statki kosmiczne będą bowiem mogły tankować gazowy wodór powstały w wyniku elektrolizy, co mogłoby np. ułatwić podróż na Marsa.

W potencjalnej przyszłości baza mogłaby mieć też bardziej lukratywny cel, np. sprzedaż pierwiastków ziem rzadkich, które można łatwo znaleźć na Księżycu, lub poprzez rozwój turystyki kosmicznej.

Astronauci budzą się o 7:00 i mają pół godziny, które mogą poświęcić na higienę i osobiste zainteresowania.

O 7:30 załoga dzieli się śniadaniem w module mieszkalnym, gdzie spożywa zarówno produkty wyprodukowane na Księżycu, jak i te przywiezione z Ziemi, aby zachować zbilansowaną dietę. Grupa dwóch astronautów nadzoruje następnie łazik w trakcie wydobywania regolitu (aby później wydobyć z niego wodę), podczas gdy pozostali dwaj astronauci zajmują się ogrodem zainstalowanym w module szklarni i monitorują wzrost sztucznego mięsa.

O godzinie 9:00 dwóch astronautów opuszcza bazę w celu konserwacji łazików i infrastruktury. Może to obejmować wiele zadań, takich jak czyszczenie niektórych instrumentów, weryfikacja wydajności generatorów lub sprawdzenie integralności systemu rur. Pozostali dwaj astronauci pozostają w bazie, aby wykonać pewne czynności gwarantujące dobre samopoczucie załogi.

O 10:30 wszyscy astronauci przegrupowują się w module komunalnym, aby wykonać kilka ćwiczeń, ponieważ niska grawitacja na powierzchni Księżyca może osłabić ich mięśnie. Po godzinie treningu i trzydziestu minutach odpoczynku, mają lunch i mogą cieszyć się jedzeniem, które wyprodukowali w bazie.

O godzinie 13:00 załoga wychodzi poza obóz, aby obserwować gwiazdy, które są dobrze widoczne dzięki braku zanieczyszczenia światłem. Obserwacje zostaną następnie przesłane na Ziemię, gdzie naukowcy będą mogli je dokładniej przeanalizować. Podczas pozostałej części "popołudnia" astronauci zbierają próbki regolitu i analizują ich skład w module badawczym, aby zweryfikować parametry takie jak stężenie wody i przeprowadzić różne inne eksperymenty. Wyniki te są również wysyłane na Ziemię około 18:30, po czym astronauci dostają trochę wolnego czasu na odpoczynek.

O 19:00 załoga zbiera się w module mieszkalnym i przygotowuje plan dnia następnego. Następnie o 20:00 jedzą kolację i mają godzinę na odpoczynek, podczas którego zazwyczaj grają w karty, słuchają świetnej muzyki lub czytają książki. Ten czas wolny jest niezbędny, aby zapewnić im dobre samopoczucie psychiczne i zmniejszyć stres, który gromadzi się podczas życia w kosmosie.

Reszta wieczoru poświęcona jest wtedy na higienę i wymianę z Ziemią. Astronauci kładą się spać około 22:30, aby w pełni się wyspać, marząc o bezmiarze przestrzeni kosmicznej i możliwościach, jakie niesie ze sobą jutro.