O projecto PIONEERS (Permanent International COlonies Near CratErs Exploiting lunar ReSources) visa estabelecer uma permanência de longa duração na Lua, utilizando um ciclo ecológico fechado e recursos lunares comuns, permitindo assim a construção de várias bases quase independentes.

Para o efeito, será construída uma base radialmente simétrica no interior da parede de uma cratera lunar no Pólo Sul, como a de Shackleton. A água será extraída e utilizada como ponto de partida de uma série de processos que permitirão cultivar alimentos, obter nutrientes e produzir gases essenciais, como o dióxido de carbono, o oxigénio, o hidrogénio ou o azoto. Os picos das paredes da cratera albergarão painéis solares para assegurar o fornecimento constante de electricidade, que poderá ser partilhado entre várias bases. Estes serão cobertos em caso de riscos meteóricos, que serão detectados com antecipação.

Oito cúpulas em forma de icosaedro terão diferentes funções e alojarão até oito pessoas, que as utilizarão para investigar áreas próximas com rovers, fabricar produtos de baixa gravidade para obter fundos para a manutenção e realizar diferentes experiências para explorar novas tecnologias adequadas à vida na Lua. Além disso, também será utilizado como porto espacial para partir para Marte no futuro. A produção in situ de diferentes substâncias, incluindo oxigénio, metano e hidrogénio, permitirá abastecer as naves espaciais, se necessário.

De um modo geral, a base seria um trampolim para o estabelecimento de colónias independentes em grande escala, capazes de reutilizar os seus recursos e de explorar os recursos locais, proporcionando ao mesmo tempo um retorno científico e comercial.

O acampamento lunar seria construído dentro das paredes de uma cratera do Pólo Sul, como a de Shackleton. Desta forma, estaria protegido contra as radiações e os riscos meteoríticos, ao mesmo tempo que permitiria a construção de várias bases à sua volta. Dada a sua grande largura em relação à base, isto permitiria futuras expansões para albergar mais pessoas. A cratera seria utilizada para obter gelo, que forneceria hidrogénio, oxigénio e água. Além disso, os chamados picos de luz eterna seriam utilizados para conseguir uma produção eléctrica constante com painéis solares que poderiam ser partilhados, reduzindo assim a concorrência para colonizar esta área e incentivando a cooperação.

A base seria constituída por sete cúpulas icosaédricas ligadas por tubos para melhorar a estabilidade, uma vez que consistem em triângulos equiláteros feitos de ligas HY para suportar a pressão, juntamente com uma cobertura de plástico resistente a riscos, especialmente para as zonas exteriores, bem como uma garagem para o rover. Estas placas seriam enviadas para a superfície juntamente com máquinas móveis accionadas por RTG que permitiriam perfurar o espaço necessário. Esta seria também uma missão preliminar para testar os procedimentos e as tecnologias. Para além disso, o seu sistema de pneus poderia ser rodado verticalmente e colocar tubos para distribuir o gelo. Passaria sobre as paredes superiores da cratera e depois desceria de volta à base. Além disso, seriam enviadas antenas para comunicação. Com o passar do tempo, à medida que a presença humana aumentasse, poderiam ser construídos sistemas mais complexos para ligar várias bases. O regolito seria extraído in situ para formar revestimentos protectores que poderiam ser utilizados em caso de detecção de qualquer perigo potencial. Estes seriam processados e utilizados como material de impressão 3D por estas máquinas polivalentes. Para reduzir os custos desta fase preliminar, seria necessário um programa internacional, bem como a utilização de lançadores reutilizáveis.

Para reduzir a exposição à radiação, a base seria enterrada na parede da cratera, com uma pequena saída coberta de regolito, para onde seriam enviados os rovers. Estes seriam cobertos por material resistente à radiação e teriam fatos lunares ligados a eles de forma a que a poeira lunar pudesse ser removida da parte de trás. Além disso, os rovers estariam dentro de uma câmara exterior ligada à base, onde seriam mantidos. A poeira seria removida da sua superfície bombeando o excesso de dióxido de carbono para os veículos, e depois seria filtrada. Os veículos poderiam também ser accionados à distância para operações de reconhecimento, de modo a evitar a exposição. Se fosse detectado algum perigo através da observação por satélite, seriam construídos tectos de regolito amovíveis em áreas sensíveis, como os painéis solares. Por último, para reduzir o impacto da baixa gravidade, haveria um espaço dedicado à actividade física.

A água seria extraída sob a forma de gelo da depressão da cratera e seria transportada para a zona exterior da base, onde seria derretida com espelhos quentes. Uma parte seria utilizada em tanques hidropónicos e poderia também ser obtida como um produto residual de organismos decompositores que se alimentam dos restos de plantas. O dióxido de carbono expelido pelos astronautas seria processado na reacção de Sabatier para obter ainda mais água, bem como na reacção de transferência de água e gás. A água obtida sob a forma de vapor seria arrefecida e pressurizada para ser liquefeita.

Uma das cúpulas abrigaria tanques hidropónicos onde seriam cultivados vários tipos de plantas: soja, grão-de-bico e amendoim para proteínas e gordura; batatas para hidratos de carbono; e plantas de folhas verdes, como espinafres, para minerais úteis como o cálcio, crucial para evitar a osteoporose. As diatomáceas também seriam criadas para remover o dióxido de carbono e produzir oxigénio, juntamente com as algas multicelulares. Os fungos e bactérias decompositores alimentar-se-iam dos restos das plantas em câmaras escuras como fonte adicional de proteínas e para produzir água, dióxido de carbono e azoto, que seriam capturados e enviados de volta para as plantas, recriando um ciclo de azoto para reduzir a necessidade de substâncias importadas necessárias para o crescimento das plantas.

A energia seria gerada principalmente por painéis solares colocados à volta dos picos das paredes da cratera, para fornecer um abastecimento constante mesmo nos períodos escuros do ciclo lunar. Seria também distribuída por várias bases, quando estas fossem construídas. O hidrogénio obtido a partir da electrólise da água e do WGS poderia também ser utilizado em células de combustível para obter mais energia. Outras fontes adicionais de energia seriam o calor gerado pela câmara de compostagem e o metano gerado pelo processo Sabatier, que poderia ser armazenado como combustível ou queimado.

Para obter diferentes tipos de gases, seriam utilizadas várias reacções. O gelo seria electrolisado para obter oxigénio e hidrogénio, que teriam várias utilizações, como já foi referido. O oxigénio seria consumido pelos habitantes e organismos do compostor, obtendo-se azoto através da filtragem dos seus resíduos. Inicialmente, o azoto e o oxigénio seriam importados da Terra para estabelecer a atmosfera da base, mas poderiam ser produzidos em pequena escala pela agricultura através de decompositores, plantas e algas, respectivamente. O dióxido de carbono seria utilizado na reacção de Sabatier para obter água e metano, e seria também utilizado para remover o pó dos rovers. De um modo geral, a atmosfera seria continuamente monitorizada por sensores para detectar eventuais fugas e seriam armazenadas reservas importadas em caso de acidente. Qualquer gás nocivo, como o CO do WGS, poderia ser libertado para a atmosfera e ser removido pelo vento solar.

O campo desempenharia várias funções em simultâneo. Seria uma experiência internacional, escalável, para experimentar diferentes procedimentos e estratégias para estabelecer bases estáveis e independentes que pudessem partilhar recursos locais através de uma rede ligada.

Além disso, expedições de grande envergadura, tanto à distância como através de EVAs, proporcionariam um conhecimento inestimável da geologia da Lua, não só ao nível da superfície, mas também a níveis mais profundos, através das máquinas de perfuração. Também poderia ser utilizada para investigar aplicações e produtos de baixa gravidade e exportá-los para reduzir os custos globais, fornecendo conhecimentos científicos variados. A longo prazo, poderá ser utilizado como um futuro ponto de lançamento para missões a Marte, graças à sua baixa gravidade e ao fabrico de propulsores in situ.

A tripulação acordaria após períodos de 8-9 horas de sono, embora um par de astronautas vigiasse a sala de comunicações, contactando a Terra e outras bases próximas, se necessário. Estes pares rodariam regularmente e seriam autorizados a descansar durante o dia para o resto da tripulação. Haveria um procedimento geral de scanning e, depois, a tripulação dedicaria o seu tempo a diferentes experiências científicas, consoante a sua especialidade. Por exemplo, os geólogos podem realizar EVAs ou operar rovers remotamente; os botânicos podem supervisionar as colheitas e realizar experiências de baixa gravidade no laboratório; os engenheiros podem monitorizar as reacções e ajudar a reparar qualquer fuga, etc. Após sete horas de trabalho, a tripulação reunia-se na sala central para almoçar e tinha duas horas de folga, durante as quais podia fazer exercício no ginásio, fazer exames médicos, relaxar na sala central, etc. Em seguida, procedia-se à análise dos dados obtidos a partir do material recolhido ou das experiências efectuadas, bem como a trabalhos de manutenção como a revisão do compostor, a limpeza dos rovers, etc. Os resultados globais seriam enviados no final do dia como um relatório diário, revendo aspectos como a viabilidade dos processos de fabrico, experiências, sugestões, etc., e receberiam instruções da Terra. No entanto, o canal estaria aberto continuamente e seria monitorizado em conformidade. Se fosse necessário algum abastecimento, a base solicitaria uma missão de carga, e os lançadores reutilizáveis transportariam os mantimentos que desceriam à superfície ou, no caso de material mais delicado, aterrariam junto à entrada, seriam reabastecidos e partiriam. Se houvesse alguma emergência noutras bases, a tripulação poderia chegar lá através dos seus rovers para prestar assistência, assegurando respostas rápidas até que chegasse mais ajuda da Terra, se fosse necessária.