moon_camp

Moon Camp Pioneers Galeria 2021-2022

W Moon Camp Pioneers misją każdego zespołu jest zaprojektowanie w 3D kompletnego Moon Camp przy użyciu Fusion 360. Muszą również wyjaśnić, jak wykorzystają lokalne zasoby, ochronią astronautów przed niebezpiecznymi warunkami panującymi w przestrzeni kosmicznej oraz opiszą pomieszczenia mieszkalne i robocze.

Team: LunarX

Akademia Kingston  Kingston upon Thames    Zjednoczone Królestwo 15, 17   4 / 0


Zewnętrzna przeglądarka dla projektu 3d

Opis projektu

Projekt Moon Camp koncentruje się na wykorzystaniu zasobów Księżyca do podtrzymania obecności człowieka, a także na przeprowadzeniu dwóch głównych eksperymentów: 1.) wzrostu roślin w środowisku o niskim poziomie g oraz 2.) zbadaniu właściwości mechanicznych regolitu księżycowego. Nasza baza ma możliwość dalszego rozwoju, aby pomieścić zrównoważone osiedla mieszkaniowe i turystyczne. 

 

Budowa naszej bazy odbywa się poprzez ISRU, z wykorzystaniem regolitu księżycowego do osłony astronautów przed padającym promieniowaniem słonecznym, jak również do wzmocnienia konstrukcji. Projekt bazy jest produkowany za pomocą druku 3D, przeprowadzanego przez małą flotę robotów przed przybyciem ludzi. Wykorzystywane jest ISRU, ponieważ jest bardziej efektywne ekonomicznie niż transport materiałów z Ziemi na Księżyc. Może to następnie służyć jako brama do dalszej eksploracji Księżyca. Nasz Moon Camp składa się z dwóch sekcji, z których jedna jest stacją naziemną, mieszczącą moduł kontrolny (CM), moduł przechowywania pojazdów (VSM) i moduły mieszkalne (HM). Druga sekcja, znajdująca się 15 metrów pod ziemią, to miejsce, w którym przechowywane są nasze RTG, służące jako zapasowe źródło zasilania podczas okresów ciemności w cyklu księżycowym, a także dodatkowe zapasy żywności i jeden z naszych eksperymentów.

 

Nasza misja składa się z cykli, a każdy nowy cykl przynosi do bazy czterech dodatkowych członków załogi. W eksperymencie 1 regolit jest transportowany do naszych księżycowych jednostek przetwarzania regolitu (LRPU), gdzie analizowana jest jego przydatność jako źródła paliwa, tlenu, wody, przewodnictwa elektrycznego i składników odżywczych dla wzrostu roślin. Następnie lód wodny jest rozszczepiany na tlen i wodór z metanem i dwutlenkiem węgla jako produktami odpadowymi. W eksperymencie 2 chcemy zbadać wpływ niskiej grawitacji i stężenia tlenu na wzrost roślin; badania te będą miały korzyści dla przyszłych długoterminowych misji na Księżycu i Marsie, gdzie astronauci będą musieli samowystarczalnie produkować żywność. 

2.1 Gdzie chcesz zbudować swój Moon Camp?

Zdecydowaliśmy się zlokalizować naszą bazę obozową na brzegu krateru Peary w pobliżu księżycowego bieguna północnego. Ze względu na niewielkie nachylenie osiowe Księżyca, miejsce to może otrzymywać światło słoneczne przez prawie cały księżycowy dzień, co czyni je idealnym do produkcji energii słonecznej. Dodatkowo wahania temperatury w pobliżu obręczy są mniejsze i zmniejszają koszty budowy naszej bazy. W przeciwieństwie do krawędzi, głębokość krateru ma niskie temperatury i niewielką ekspozycję na światło słoneczne, jednak zawiera ogromne ilości lodu wodnego, który można stopić, aby uzyskać wodę do picia lub poddać elektrolizie, aby uzyskać wodór i tlen. Oba pierwiastki są przydatne jako materiał pędny dla naszych rakiet, podczas gdy tlen w szczególności jest niezbędny do podtrzymania ludzkiego życia i działalności w bazie księżycowej. Bliskość tych zasobów pomaga obniżyć koszty ich transportu i pozwala poświęcić więcej czasu na prowadzenie badań.

2.2 Jak zamierzasz zbudować swój Księżycowy Obóz? Opisz techniki, materiały i swoje wybory projektowe.

Budowa naszej bazy będzie przebiegać w dwóch etapach. Pierwszym etapem będzie wykopanie fundamentów pod nasze moduły podziemne (UGM), przeprowadzone przy użyciu procesu druku 3D i wykopów prowadzonych przez małą flotę autonomicznych robotów. Moduły te mieszczą nasze zapasowe RTG i sale ćwiczeń; RTG zapewnią początkowe zasilanie, aby ułatwić dalszą budowę modułów mieszkalnych (HM). Pomoże to zminimalizować zakłócenia misji, gdyż astronauci będą mogli przemieszczać się bezpośrednio z orbitalnego modułu komunikacyjnego (OCM) do (HM). Jednakże, podczas gdy budowa całej struktury jest finalizowana, astronauci przybędą do bazy, aby zakończyć jej budowę. Instalacja usług komunikacyjnych z Ziemią, obok aparatury do eksperymentów naukowych, będzie priorytetem dla astronautów. Surowce będą transportowane za pomocą rakiet i systemu przekaźnikowego przed i w trakcie budowy. Po wydobyciu helu 3 i rzadkich metali, baza księżycowa może założyć sieć handlową w celu generowania dochodów, czyniąc bazę ekonomicznie niezależną. Będziemy starali się nadać priorytet wykorzystaniu lokalnych materiałów, które mają odpowiednie właściwości, aby zmniejszyć koszty. Na przykład, fundamenty baz mogą być zbudowane z księżycowego regolitu. Mieszając go z wodą, taki beton siarkowy ma wyższą wytrzymałość na rozciąganie i moduł młodości niż beton cementowy, dzięki czemu nasza baza będzie jeszcze bardziej wytrzymała. Ponadto, układ naszej bazy jest kompaktowy, poświęcając estetykę dla funkcjonalności, co odzwierciedla się w naszym wyborze kształtu kopuły, która oferuje większą wytrzymałość, szybkość budowy i wydajność architektoniczną.

2.3 Środowisko na Księżycu jest bardzo niebezpieczne dla astronautów. Wyjaśnij, w jaki sposób Twój Moon Camp będzie ich chronił. (maksymalnie 150 słów)

Moon Camp będzie zbudowany przede wszystkim z betonu wykonanego z regolitu księżycowego, przy czym w niektórych elementach (np. drzwiach wyrzutowych czy szybach windowych) zastosowane zostanie aluminium. Aluminium jest doskonałym materiałem konstrukcyjnym ze względu na wysoki moduł Younga i wytrzymałość na ściskanie, a także lekkość. Większość naszej bazy jest zbudowana z aluminium księżycowego, ponieważ jest ono bardzo uniwersalne i może być wykorzystane w wielu obszarach projektu, aby pomóc chronić naszych astronautów:

1.) Powłoka chroniąca obóz przed promieniowaniem słonecznym

2) ochrona przed uderzeniami meteorytów

3.) wzmocnienie strukturalne podstawy (przy użyciu metody druku 3D AI opatentowanej przez Space Factory dzięki finansowaniu NASA)

 Co więcej, wrażliwe urządzenia, takie jak monitory tętna i RTG, znajdują się w UGM, aby zapobiec szkodliwemu wpływowi jakiegokolwiek promieniowania na wrażliwe urządzenia, takie jak monitory tętna i RTG. Aby jeszcze bardziej zminimalizować ryzyko zdrowotne dla naszych astronautów, wokół bazy znajdą się lokalne pola magnetyczne (LMF) wytwarzane przez torusy. Przepływ naddźwiękowej plazmy w torusie stworzy cewki magnetyczne, które utworzą magnetyczną bańkę wokół HM i CM, odbijając potencjalnie niebezpieczne zjonizowane cząstki. 

2.4 Wyjaśnij, w jaki sposób twój Moon Camp zapewni astronautom:

Woda
Żywność
Power
Air

Woda jest podstawowym zasobem zarówno dla przetrwania naszych astronautów, ale także dla badań nad pozyskiwaniem tlenu i wodoru do paliwa poprzez elektrolizę. Ponieważ nasza baza będzie służyć jako odskocznia dla dalszych misji na Marsa zgodnie z długoterminowymi celami NASA i ESA, pozyskiwanie i produkcja wody metodą odwrotnej elektrolizy będzie miała kluczowe znaczenie dla trwałej eksploracji planety. Regiony (takie jak miejsce naszej bazy) z obfitością lodu obecnego w księżycowym regolicie lub na powierzchni są idealne do pozyskiwania wody. Lód można stopić i uzdatnić, aby stał się pitny. Z bazą będzie również zintegrowany system recyklingu, aby podtrzymywanie życia w bazie miało jak najbardziej zamknięty cykl, co pozwoli na ograniczenie strat niezbędnej wody i tlenu. Woda odgrywa również kluczową rolę w zachowaniu życia roślinnego w naszej szklarni, która funkcjonuje jako źródło pożywienia dla astronautów i wzbogacenie aktywności w celu poprawy zdrowia psychicznego.

Początkowo trzeba to wywozić z Ziemi w okresach budowy. Będą kolejne misje transportujące żywność z Ziemi na Księżyc. Cała żywność będzie przechowywana w UGM, i może być dostarczona do HM i CM za pomocą naszej windy. Zgodnie z jednym z celów naszej misji, jakim jest stworzenie samowystarczalnej bazy na Księżycu, żywność będzie ostatecznie uprawiana na Księżycu w naszej szklarni, aby zwiększyć niezależność bazy księżycowej i zmniejszyć wysokie koszty transportu na duże odległości. Różnorodność żywności, jaką będą mogli cieszyć się astronauci, będzie sięgać od sałatek po dania mięsne i rybne, przy czym większość łatwo psujących się produktów będzie pakowana w celu przedłużenia okresu ich przydatności do spożycia.

Będzie ona pochodzić z różnych źródeł. Znaczna część energii będzie pochodzić ze Słońca przy użyciu monokrystalicznych paneli słonecznych, ponieważ lokalizacje farmy słonecznej będą miały prawie stałe nasłonecznienie. Termionowe koła zamachowe będą służyć jako uzupełnienie, wykorzystując zmiany temperatury na Księżycu. Ponadto, istnieją potencjalne możliwości zastosowania materiałów piezoelektrycznych na infrastrukturze bazy księżycowej, jak również na jezdni, która będzie regularnie przejeżdżana przez LR, w celu konwersji naprężeń mechanicznych wynikających z siły uderzenia cząstkami stałymi na prąd elektryczny, służąc jednocześnie jako dodatkowa warstwa ochronna. RTG zapewniają zasilanie awaryjne w przypadku awarii lub podczas szczytowego zapotrzebowania. Szacuje się, że typowe zapotrzebowanie na energię waha się od 100kwh do 10MWh w zależności od długoterminowego rozmiaru i wymagań bazy, więc posiadanie tak zróżnicowanego źródła energii, jak to tylko możliwe, jest kluczowe dla trwałej obecności na Księżycu.

Początkowo tlen będzie transportowany z Ziemi na Księżyc przez pojazdy transportowe łączące się z OCM, następnie nasz lądownik księżycowy dostarczy go do bazy. Lód z powierzchni Księżyca może zostać stopiony i poddany elektrolizie w celu wytworzenia tlenu, co uzupełni to zewnętrzne zaopatrzenie. Będziemy również badać możliwości wykorzystania sinic hodowanych w szklarni, wraz z syntetycznymi mikrobami opartymi na najnowszych badaniach, do fotosyntezy, a tym samym recyklingu dwutlenku węgla uwalnianego przez oddychanie tlenowe astronautów i produkcji większej ilości tlenu. Aby to jeszcze bardziej zwiększyć, rozważamy użycie ulepszonej wersji MOXIE NASA, która może produkować powietrze do oddychania z elektrolizy dwutlenku węgla. Nadmiar powietrza będzie przechowywany na wypadek EVA lub sytuacji awaryjnych. Dwie wyżej wymienione techniki wykorzystujące mikroby i MOXIE (w wersji powiększonej) pozwolą w końcu na stworzenie bazy, która nie będzie zależna od dostaw tlenu z Ziemi. Aby ograniczyć utratę powietrza do otoczenia, w HM i CM zastosowano hermetyczne drzwi wykonane z aluminium.

2.5 Wyjaśnij, co byłoby głównym celem Twojego Moon Camp.

Ogólnym celem Moon Camp jest ustanowienie obszaru nadającego się do zamieszkania dla astronautów w celu przeprowadzenia badań naukowych obejmujących wpływ księżycowej grawitacji i warunków na anatomię człowieka oraz właściwości materiałowe regolitu księżycowego, w szczególności jako materiału budowlanego i potencjalnego przewodnika elektryczności. To może być następnie rozwinięte w większy obszar mieszkalny dla przyszłych pokoleń i potencjalnie zapewnić korzyści ekonomiczne z turystów z Ziemi, którzy mogą odwiedzić bazę księżycową. Ponadto wyobrażamy sobie naszą bazę jako punkt wyjścia dla przyszłych misji na Marsa i dalej, wykorzystując niższe koszty startu z Księżyca, obok krótszego średniego czasu podróży i większej elastyczności okien startowych. Podsumowując, nasza baza będzie:

  1. Przeprowadzenie eksperymentów zwiększających naszą wiedzę na temat wpływu niskiego ciśnienia na anatomię człowieka oraz właściwości materiałowych regolitu księżycowego.
  2. Być samowystarczalnym, aby wspierać rosnącą ekspansję ludzkiej obecności na innych światach
  3. Wypełnienie luki pomiędzy obecnymi misjami robotów na Marsa a ewentualną obecnością człowieka na powierzchni Marsa. 
3.1 Opiszcie dzień na Księżycu dla waszej załogi astronautów z Moon Camp.

Astronauci obudzą się o godzinie 6 rano i będą wykonywać rutynowe obowiązki. Śniadanie, wraz z resztą posiłków, otrzymają z żywności uprawianej w bazie, jak również z prowiantu transportowanego z Ziemi. Rano nasza grupa czterech astronautów zostanie podzielona na dwie grupy i będzie przeprowadzać eksperymenty. Grupa 1 przywiezie z EVA księżycowy regolit i przeprowadzi eksperymenty mające na celu sprawdzenie jego właściwości, takich jak wytrzymałość na rozciąganie oraz to, czy można go wykorzystać do ochrony przed promieniowaniem lub do przewodzenia prądu. Grupa 2 będzie pracować w szklarni, aby nadzorować hodowlę syntetycznych i sztucznych mikrobów oraz wzrost roślin. W ramach tych działań zostaną przeprowadzone badania nad zasobami żywności jadalnej, optymalnymi warunkami do uprawy roślin i wykorzystania materiałów księżycowych do tego celu. Obie grupy będą przeprowadzać eksperymenty w systemie rotacyjnym, co pozwoli im wszystkim na dokładne zrozumienie działania całej bazy. Wyniki zostaną zapisane na potrzeby sesji analitycznych w godzinach popołudniowych.

 

Obie grupy wrócą do bazy na lunch. Podczas lunchu przeprowadzą rozmowę wideo z ziemską kontrolą naziemną. W tej konkretnej wideorozmowie przełożą uzupełnianie tlenu i żywności, ponieważ baza w końcu zdołała samowystarczalnie produkować żywność dzięki szklarni. Po obiedzie astronauci będą utrzymywać sprawność fizyczną poprzez ćwiczenia oporowe i bieganie na bieżni. Pomiary ich stanu zdrowia, takie jak tętno, pojemność płuc i ciśnienie krwi są wykonywane w ramach drugiego eksperymentu, który ma na celu ocenę długoterminowego wpływu środowiska o niskim g na ludzką anatomię. Przewidują, że wyniki pokażą pogorszenie składu kości w czasie, wraz z atrofią mięśni; dane te mogą być następnie wykorzystane w projektowaniu misji dla dalszych misji księżycowych, które minimalizują takie niekorzystne skutki zdrowotne, jak sztucznie wywołana grawitacja poprzez siedliska wirówek. Po obiedzie astronauci analizują wyniki eksperymentu z regolitem księżycowym, odnotowując przewodność elektryczną i rozszerzalność cieplną; dane te są następnie przekazywane do ziemskiej kontroli naziemnej w celu dalszej analizy. Po tym astronauci angażują się w działania związane z budowaniem zespołu w CM, aby utrzymać dobrą komunikację i umiejętności współpracy; Ważne jest, aby utrzymać dobre relacje w załodze podczas przedłużonych okresów misji, takich jak ta. Po kolacji rozmawiają z bliskimi na Ziemi. Aby utrzymać dobre zdrowie psychiczne, ważne jest, aby byli w stanie poradzić sobie z tęsknotą za domem podczas długotrwałej misji.

Inne projekty:

  AttoSystem

 

  Technikum Nr 1
    Polska
  Jeden przeciwko burzy

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Chiny
  Omega Team

 

  郑州轻工业大学
    Chiny
  moonfuture

 

  Shanghai Qingpu Senior High School
    Chiny