Team: BENDIS

Kategoria: 1. miejsce - Państwa członkowskie ESA | 1. miejsce - Państwa członkowskie ESA | Timisoara - Rumunia |  Kolegium Narodowe "Constantin Diaconovici Loga"

Opis projektu

2.1.a. Gdzie zlokalizowałbyś swój schron na powierzchni Księżyca? 
Blisko biegunów księżycowych

2.1.b. Uzasadnij swój wybór z pytania 2.1. 
Po przestudiowaniu różnych informacji na temat Księżyca, zespół Bendisa zdecydował, że najbardziej odpowiednim miejscem na zlokalizowanie naszego obozu księżycowego powinien być północny biegun Księżyca. Wyboru miejsca dokonano biorąc pod uwagę dwa główne surowce, niezbędne do dobrego funkcjonowania bazy, które w tej pozycji są dostępne w dużych ilościach. Ponadto, temperatury na Księżycu są dość skrajne, ze względu na brak atmosfery. Na biegunie północnym temperatury leżą w przedziale (-50 st. C, 0 st. C), przy czym zarządzanie nimi jest bardziej efektywne. Pierwszym zasobem jest ICE. Lód może być zbierany i topiony, poddawany analizie, naukowcy mają nadzieję, że może być zdatny do picia. W ten sposób możemy zapewnić sobie niezbędny element do podtrzymania życia na Księżycu. Z drugiej strony, poddana elektrolizie woda może zostać rozdzielona na tlen (do podtrzymywania życia) i wodór (nadający się do wykorzystania jako paliwo). Drugim cennym zasobem jest ŚWIATŁO SŁONECZNE. Na biegunie północnym światło słoneczne jest stałe, więc zainstalowane panele słoneczne mogą produkować energię bez przerwy. Rozważano również inne aspekty. W tym rejonie Księżyca poprzednie misje wskazały na obecność rur lawowych, powstałych we wczesnych etapach życia Księżyca. Tunele te mogą być wykorzystywane przez astronautów jako tymczasowe schronienie zapewniające ochronę przed meteorytami i quasi-stałą temperaturę -20 st. C, do czasu wybudowania bazy księżycowej. Po tym czasie tunele nadal mogą być wykorzystywane jako magazyny.

2.2.a. Gdzie zbudowałbyś schron: na powierzchni czy pod ziemią? 
Na powierzchni

2.2.b. Uzasadnij swój wybór na pytanie 2.2.
Baza zostanie umieszczona na powierzchni Księżyca, aby uniknąć wykopów na dużą skalę. Ponadto, umieszczając ją na powierzchni Księżyca, znacznie skróci się czas budowy obiektu. Najlepszym miejscem mógłby być np. odpowiednio duży krater. W ten sposób baza jest w pewien sposób chroniona przez ściany krateru. Należy zbudować wejście do krateru. Inną zaletą umieszczenia obozu w kraterze jest to, że oferuje on minimalną osłonę przed warunkami księżycowymi. Ponadto oferuje stosunkowo niewielkie wahania temperatury, będąc umieszczonym w cieniu ścian krateru. Takie miejsce, położone na północnym biegunie Księżyca, jest idealnym kandydatem, oferującym stały dostęp do światła słonecznego, które może być skierowane przez system luster przez krater.

3.1. Jaka będzie wielkość waszego Moon Camp?
Obóz składa się z pięciu modułów, połączonych tunelami, które umożliwiają astronautom przechodzenie z jednego modułu do drugiego. Staraliśmy się zaprojektować bazę tak, aby była jak najbardziej kompaktowa i jednocześnie zapewniała komfort. Reaktor jądrowy ma 10 metrów średnicy i znajduje się poza właściwym obozem, aby jak najbardziej osłonić mieszkańców przed napromieniowaniem. Szklarnia jest największym z modułów, ma 20 metrów średnicy. Sypialnia, jeden z najmniejszych modułów, ma tylko 13 metrów średnicy, wciąż będąc wystarczająco przestronnym dla 4 astronautów. Moduł magazynowy jest również nieco mniej przestronny niż inne, ma 15 metrów średnicy, podczas gdy centrum dowodzenia ma 10 metrów średnicy. Tunel zapewniający wejście do bazy oraz ten z wejściem do reaktora mają 8 metrów długości, ponieważ zawierają komorę dekompresyjną. Pozostałe tunele mają 4,75 metra długości. Rzeczywista powierzchnia bazy, bez generatora (znajdującego się poza bazą), wynosi około 1056 metrów kwadratowych (zbliżona do kwadratu o boku 32,5 metra). Osobny obszar, również poza bazą, wypełniony jest panelami słonecznymi i obejmuje kwadrat o boku 31 metrów, czyli około 960 metrów kwadratowych. Oszacowaliśmy 496 paneli słonecznych.

3.2.a. Ile osób pomieści Wasz Moon Camp? 
3 - 4 astronautów

3.2.b. Wyjaśnij swój wybór na pytanie 3.2. 
Nasze szacunki sugerują, że posiadanie więcej niż 4 osób wymagałoby wielu szklarni, modułów mieszkalnych i znacznie więcej energii elektrycznej, które są tylko rozszerzeniem prostszego obozu, który może utrzymać cztery osoby. Musimy również pamiętać o zużyciu żywności, wody i tlenu na osobę oraz o gospodarce odpadami. W związku z tym dokonaliśmy dopiero pierwszego etapu działań kolonizacyjnych na Księżycu. Zawsze można zbudować nowe moduły i połączyć je ze starszymi, co daje możliwość nieograniczonej rozbudowy.

3.3.a Z jakich lokalnych zasobów Moona byś skorzystał? 
Lód wodny
Regolit (gleba księżycowa)
Światło słoneczne

3.3.b. Wyjaśnij swój wybór na pytanie 3.3.
Sugerujemy wykorzystanie wszystkich rodzajów lokalnych zasobów podczas życia w obozie księżycowym. Regolit będzie używany w większości budynków jako główny materiał budowlany. Może być wydobywany za pomocą Księżycowego Ostrza, a następnie przechowywany i używany jako surowiec do druku 3D. Później regolit może być użyty do pozyskania niewielkich ilości wody i będzie wykorzystywany do łatania pęknięć i dziur w konstrukcjach. Również może być użyty do wydobycia metali i minerałów. Lód wodny to kolejny materiał, który będzie wydobywany za pomocą Księżycowego Ostrza. Dzięki temu, że baza znajduje się na północnym biegunie Księżyca, jest to surowiec dostępny. Cienkie kawałki lodu uzyskane tą techniką będą mogły być stopione w wodę, a następnie wykorzystane w takiej postaci lub poddane elektrolizie w celu uzyskania tlenu (niezbędnego do oddychania) i wodoru (bardzo wydajnego paliwa). Głównym źródłem energii dla bazy będzie światło słoneczne. To źródło energii prawie nigdy nie jest zakłócane (z wyjątkiem sytuacji, gdy następuje zaćmienie). Systemy lustrzane połączone z panelami słonecznymi mogą być użyte do przechwycenia większej ilości światła i zwiększenia ilości produkowanej energii.

3.4. Wyjaśnij, jak planujesz zbudować swój projekt na Księżycu. Powinieneś zawrzeć informacje o materiałach i technikach budowlanych, których planujesz użyć. Podkreśl unikalne cechy swojego projektu. 
Nasz obóz księżycowy będzie w całości zbudowany z księżycowej ziemi. Kopanie jest trudne do wykonania ze względu na niskie przyspieszenie grawitacyjne na Księżycu. Według specjalistów z NASA, urządzeniem, które z powodzeniem może być stosowane na Księżycu jest księżycowa łopatka do kopania. Dzięki takiemu urządzeniu możemy dokonać terraformacji pod zabudowę obozową. Przyda się także do wyeliminowania księżycowego pyłu z całego terenu obozu, przygotowania środowiska do ustawienia paneli słonecznych, stref lądowania i przepchnięcia go przez granice bazy. Wykopany regolit ma zostać wykorzystany przez składaną drukarkę 3D o dużych wymiarach do budowy modułów i kanałów łączących. Zdecydowaliśmy się na konstrukcję modułową, ponieważ łatwo ją rozbudować i minimalizuje ona straty materiałów i zasobów w przypadku oddziaływania czynników zewnętrznych na obóz. Struktura kopuły geodezyjnej, którą przyjęliśmy dla każdego modułu jest trwała, samowystarczalna, a jej trójkątne ściany mogą być łatwo wymienione w przypadku uszkodzenia. Dużo uwagi poświęciliśmy podtrzymywaniu życia w naszym obozie. Wokół szklarni zaprojektowaliśmy system oczyszczania wody. Wokół bazy mamy kolektory pary wodnej. Woda, tlen i prąd są transportowane przez sieć kabli i rur wokół modułów. Część wody jest łączona z substancjami odżywczymi i wykorzystywana do wzrostu roślin, w obrębie szklarni.

3.5. Opisz i wyjaśnij projekt wejścia do Twojego Moon Camp.
Wejście do obozu księżycowego będzie się składało z jednego sześciokątnego kanału z dwoma komorami. Tlen z pierwszej komory zostanie odessany do reszty bazy, aby zapobiec jakimkolwiek stratom i zmaksymalizować ilość wody, którą możemy wyprodukować. Następnie astronauta otworzy drzwi przypominające łódź podwodną, aby wejść do pierwszej komory. Po wejściu do komory, zamkną drzwi i rozpocznie się proces stabilizacji ciśnienia. Wraz ze stabilizacją ciśnienia otworzą się drugie drzwi do drugiej komory, dając astronaucie dostęp do Moon camp. Ten sam system, z komorą dekompresyjną, jest używany do wejścia do Baterii Jądrowej.

3.6. Wyjaśnij, w jaki sposób obóz księżycowy zapewnia ochronę astronautów.
Każdy moduł w naszym projekcie będzie miał kształt kopuły geodezyjnej. Trójkątne elementy kopuły są strukturalnie sztywne i rozkładają naprężenia na całą konstrukcję, dzięki czemu kopuły są w stanie wytrzymać bardzo duże obciążenia i uderzenia. Kopuły geodezyjne modułów będą miały średnią grubość jednego metra, dzięki czemu asteroidy o małych rozmiarach nie będą mogły łatwo się w nie przebić. Każdy moduł z wyjątkiem szklarni będzie również pokryty ziemią księżycową dla dodatkowej ochrony, przed zmianami temperatury, promieniowaniem słonecznym i uderzeniami mechanicznymi. Grubość i pokrycie glebą powinny stworzyć mocną konstrukcję, która z trudem może się zawalić lub ulec całkowitemu uszkodzeniu. Kanały łączące w kształcie sześciokąta będą miały drzwi na obu końcach, tak aby w przypadku uszkodzenia jednego z nich, oba drzwi były zamknięte, co zmniejszy straty tlenu. Jak wspomniano w poprzednim rozdziale, cały obszar obozu księżycowego musi być oczyszczony z pyłu księżycowego, ponieważ najmniejsze ruchy wprawiają pył w ruch. Jest to realne zagrożenie, jeśli drobne ziarna księżycowego pyłu osadzą się na panelach słonecznych (zmniejszając powierzchnię odbiorczą paneli) lub dostaną się do wnętrza bazy (powodując m.in. problemy z oddychaniem astronautów).

3.7. Opisać położenie i organizację miejsc do spania i pracy.
Moduł mieszkalny podzielony jest na dwie połowy. Pierwsza ma 4 pokoje, w których znajdują się schowki, biurka i miejsca na śpiwory. Każdy z nich ma około 10 metrów kwadratowych, na podstawie badań, które wskazały to jako wystarczającą przestrzeń dla jednej osoby. W drugiej połowie umieściliśmy łazienkę, więcej miejsc do przechowywania, dozownik wody, piekarnik elektryczny, maszynę do ćwiczeń fizycznych, apteczkę, zapasowy system podtrzymywania życia oraz jadalnię ze stołem i krzesłami, które mogą być również wykorzystane do przechowywania. Astronauci będą przechodzić większość swoich zajęć w szklarni, przy stole warsztatowym w centrum dowodzenia w celu naprawy uszkodzonych części, podczas korzystania z maszyny do ćwiczeń fizycznych oraz podczas prowadzenia badań lub różnych zadań konserwacyjnych.

4.1. Opisz, co będzie źródłem zasilania dla schronu. 
Głównym źródłem energii będą panele słoneczne (o sprawności 22%, generujące około 270 kW/h energii elektrycznej). Ale są momenty, kiedy światło słoneczne nie spełnia receptorów (zaćmienia), a także, możemy potrzebować trochę dodatkowej energii. Wtedy właśnie do akcji wkracza zapasowe źródło energii - bateria jądrowa. Bateria jest realnym źródłem energii, ale wytwarza promieniowanie, więc lepiej używać jej tylko w razie potrzeby. Część roztopionego lodu można poddać elektrolizie i otrzymamy kolejne źródło energii, wodór, wykorzystywany jako paliwo dla maszyn. Szacujemy, że zużycie energii wyniesie około 220 kW/h, a ze względu na lokalizację w obszarze stałego nasłonecznienia, potrzebujemy mniejszej ilości baterii (około 30 metrów sześciennych baterii litowo-jonowych, które powinny wystarczyć na co najmniej 3 dni), używanych tylko w sytuacjach awaryjnych.

4.2. Opisz skąd będzie pochodzić woda. 
Woda jest niezbędnym elementem, nie tylko na Księżycu, ale również na Ziemi, będąc niezbędnym elementem do życia biologicznego. Nasza baza nieprzypadkowo znajduje się na jednym z biegunów Księżyca, poprzednie eksploracje wykazały istnienie dużych ilości zamarzniętej wody w glebie. Lód ten jest wydobywany, topiony, osadzany, filtrowany i chemicznie oczyszczany w specjalnym urządzeniu znajdującym się poza obozem, tak aby mógł być wykorzystywany przez astronautów nie tylko do celów pitnych, ale także do codziennej higieny (mycie, prysznic, toaleta). Niewielkie ilości wody można uzyskać z potu i moczu człowieka. Zużytą wodę można poddać recyklingowi, przefiltrować i ponownie wykorzystać, zarówno do użytku ludzi, jak i roślin.

4.3. Opisz, co będzie źródłem pożywienia. 
Jednym ze źródeł pożywienia będzie żywność przywieziona z Ziemi, dla wczesnych etapów osadnictwa na Księżycu. Będzie ona składała się z żywności w puszkach oraz żywności odwodnionej. Innym źródłem żywności będzie szklarnia zbudowana na księżycowym obozie, jak tylko zacznie on produkować towary. Szklarnia ma służyć do uprawy wszelkiego rodzaju roślin, w odpowiednich dla nich warunkach. Na szklarnię przeznaczony jest jeden z modułów obozu. Jest ona zbudowana na trzech poziomach, połączonych ze sobą rurami wodnymi. Rury są wsparciem dla uprawy roślin, które wymagają jedynie wody z odżywkami (sałata, aromatyczne zioła). Na platformach poziomów będą rosły rośliny, które potrzebują również gleby (pomidory, ziemniaki, buraki). Na poziomie pośrednim znajdzie się również zbiornik do uprawy spiruliny (jako cennego źródła składników odżywczych).

5.1. Co chciałbyś zbadać na Księżycu? 
Jak można się było spodziewać, jesteśmy bardzo ciekawi tajemnic Księżyca. Zaplanowaliśmy więc serię propozycji eksperymentów do wykonania przez zespół astronautów, który będzie przebywał w obozie na Księżycu. W początkowym okresie, do czasu zbudowania bazy, można przeprowadzić eksperymenty na wodzie, aby określić jej właściwości i sprawdzić, czy nadaje się do picia. Analizie można poddać regolit zebrany z różnych obszarów, aby sprawdzić jego właściwości jako materiału budowlanego. Później można przeprowadzić eksploracje w celu zidentyfikowania obszarów, w których można wydobyć metale lub inne cenne minerały do podtrzymania konstrukcji na Księżycu. Po zbudowaniu bazy szczególną uwagę poświęcimy wzrostowi roślin, aby zbadać ich zachowanie i rozwój w warunkach kosmicznych, od nasiona do etapu dojrzałości i zbiorów. Interesuje nas jak rośliny rosną w sztucznym świetle, karmione składnikami odżywczymi i wodą z recyklingu bez lub z niewielką ilością gleby. W projekcie szklarni zastosowano platformy do uprawy roślin w niewielkiej ilości gleby wyprodukowanej przez kompostowanie ludzkich odpadów. Umieszczono tam również specjalny zbiornik do uprawy spiruliny. Specjalne zawieszone doniczki, połączone z rurami wodnymi, służą do uprawy roślin bezpośrednio w wodzie z substancjami odżywczymi. Inne aspekty, które należy rozważyć, są związane z gospodarką odpadami i ich przekształcaniem w składniki odżywcze lub materiały do ponownego wykorzystania. Kolejnym ważnym aspektem jest energia produkowana w celu podtrzymania życia w obozie. Systemy paneli słonecznych muszą być dokładnie monitorowane. Ilości produkowanej energii muszą być badane w celu właściwego przechowywania tej energii do późniejszego wykorzystania. Alternatywne źródła energii muszą być zidentyfikowane i zbadane. Obserwacja musi być ukierunkowana poprzez upadek meteorytów oraz na warunki środowiskowe na Księżycu, w tym promieniowanie. Pomoże to poprawić projekt obozu i określi najbardziej odpowiednie materiały do wykorzystania, dla maksymalnej ochrony integralności astronautów, roślin i sprzętu. Oczywiście muszą być przeprowadzone badania na ludziach zamieszkujących obóz księżycowy. Zachowanie astronautów musi zostać przeanalizowane w przypadku dłuższych okresów spędzonych na Księżycu. Należy zadbać zarówno o aspekty fizyczne, jak i psychiczne. Można ustawić sieć łazików, aby pokryć duże obszary w pobliżu obozu, w celu badania środowiska.

Projekty tworzone są przez zespoły i to one biorą pełną odpowiedzialność za udostępniane treści.