No Moon Camp Pioneers, a missão de cada equipa é desenhar em 3D um acampamento lunar completo utilizando o software da sua escolha. Têm também de explicar como vão utilizar os recursos locais, proteger os astronautas dos perigos do espaço e descrever as instalações para viver e trabalhar no seu acampamento lunar.
郑州轻工业附属中学 河南省郑州市-金水区 China 19 5 / 2 Inglês
Software de desenho 3D: Fusion 360
O projeto científico Base Lunar centra-se na utilização de tubos de lava lunar como estruturas de habitação para futuras missões lunares. O projeto envolve a construção de uma base modular na Lua que pode ser montada e desmontada conforme as necessidades da missão. O projeto da Base Lunar centra-se na utilização de tubos de lava lunar como estruturas de habitação para futuras missões lunares.
O principal objetivo do projeto é explorar a viabilidade de utilizar o ambiente natural da lua para criar um ambiente seguro e habitável. Os tubos de lava da lua são habitats ideais porque oferecem proteção natural contra a radiação, micrometeoros e flutuações extremas de temperatura. Utilizaremos robótica avançada e tecnologia de impressão 3D para construir uma base modular que será alimentada por energia termoeléctrica e terá um sistema de energia de reserva de emergência. A base servirá também como plataforma para testar novas tecnologias que serão eventualmente utilizadas em expedições humanas a Marte e mais além. Globalmente, o projeto visa construir uma base lunar sustentável e tecnologicamente avançada para facilitar a investigação e a exploração da Lua a longo prazo, atenuando simultaneamente os riscos associados às missões espaciais de longa duração.
O principal objetivo do estabelecimento de uma base lunar de investigação nos tubos de lava da Lua é a realização de várias experiências e observações científicas. As condições dentro dos tubos de lava oferecem oportunidades únicas para o estudo da geologia lunar, para a compreensão dos primórdios da história da Lua e para a exploração do potencial de extração de água e de outros recursos importantes. O ambiente controlado dos tubos de lava também poderia ser utilizado para o cultivo de plantas e para o teste e desenvolvimento de novas tecnologias e instrumentos científicos. Ao estabelecer uma base lunar baseada na investigação, os cientistas poderiam expandir a nossa compreensão da Lua, aumentar o nosso conhecimento do sistema solar e lançar as bases para uma maior exploração e potencial colonização de outros planetas ou luas no futuro.
Em primeiro lugar, o facto de ser subterrânea protege a base do ambiente lunar rigoroso, incluindo a radiação solar e as flutuações extremas de temperatura. Isto reduziria a necessidade de equipamento pesado de proteção, tornando o processo de construção mais fácil e mais barato.
Em segundo lugar, os tubos de lava constituem uma fonte de recursos facilmente acessível, como a água, que pode ser extraída do regolito gelado. Como a água é essencial para a habitação humana e para a produção de combustível para foguetões, ter uma fonte próxima diminuiria significativamente o custo das missões de reabastecimento.
Além disso, a proteção natural proporcionada pelos tubos de lava poderia ser utilizada para o cultivo de plantas num ambiente controlado, proporcionando uma fonte sustentável de alimentos frescos.
Por último, a localização da Cratera Philolaus é estrategicamente vantajosa, estando situada perto do pólo norte da Lua. Esta localização permite o acesso a luz solar quase constante, que pode ser utilizada para energia solar, tornando a base potencialmente autossuficiente em termos energéticos.
Toda a base ULS adopta a estrutura biónica do ninho de formigas, que é construída de acordo com a tendência do tubo de lava lunar, de modo a que a estrutura do edifício tenha a maior densidade, os materiais necessários sejam os mais simples, o espaço de utilização seja o maior e a estrutura seja estável e firme. Propício para a construção da base e posterior expansão.
Fase I: Enviar robôs exploradores de cavernas para completar a conceção geral da base de acordo com os dados de exploração do terreno, entregar os fornecimentos necessários e robôs gigantes de impressão 3D, inserir a coluna de energia termoeléctrica na superfície lunar por inércia durante a aterragem e utilizar células de combustível e geração de energia termoeléctrica para a construção inicial; A tecnologia de balão laser é utilizada para transformar razoavelmente o tubo de lava e, em seguida, a estrutura geral da base é impressa com a ajuda do solo lunar. Os edifícios de superfície são cobertos com membranas de diálise inversa impressas por robôs de impressão 3D e auto-ajustadas de acordo com um material plástico programável e uma estrutura de origami para absorver o vento solar para a construção inicial.
Fase 2: Transporte de vários equipamentos para a Lua, conclusão da construção da zona de vida básica B1, para que um pequeno número de astronautas possa entrar e ajudar nas futuras experiências da base, e B2 (zona de investigação lunar) e a camada inferior de B3 (zona de vida e entretenimento).
Terceira fase: Quatro ou cinco astronautas embarcarão na base lunar e, quando a base estiver estabilizada, os alojamentos poderão continuar a descer e expandir-se para acomodar mais astronautas e investigadores.
A localização arquitetónica única da ULS resolveu a maioria dos problemas de sobrevivência dos astronautas na Lua. A entrada única para a ULS é uma estrutura de dois andares que utiliza o conceito de design Whipple Shield para resistir eficazmente a impactos de meteoritos. As estruturas subterrâneas foram concebidas para resistir ao ambiente rigoroso da Lua, incluindo a radiação solar, as flutuações extremas de temperatura e os impactos de micrometeoritos. (De acordo com a investigação da NASA, é possível manter uma temperatura constante de 17 a 19 graus Celsius abaixo dos 6 metros na superfície da Lua).
Em caso de emergência, a base terá um hub central como área de segurança. O centro estará equipado com câmaras de ar e provisões de emergência, como oxigénio extra, água e alimentos. Além disso, a base lunar será equipada com sistemas de energia de reserva e equipamento de comunicações para garantir que os astronautas possam comunicar com a Terra em caso de emergência.
Além disso, haverá instalações médicas na base para prestar cuidados médicos aos astronautas. As instalações estarão equipadas com equipamento médico avançado e pessoal médico treinado para lidar com qualquer ferimento ou doença.
Em suma, a base científica lunar será concebida para fornecer proteção e abrigo adequados aos astronautas. A construção modular e a proteção contra as radiações ajudarão a proteger os astronautas do rigoroso ambiente lunar, enquanto os sistemas avançados de apoio à vida e os abastecimentos de emergência garantirão a sua sobrevivência em caso de emergência.
A fim de proporcionar aos astronautas necessidades básicas sustentáveis, o Lunar Camp implementa uma série de funções-chave para satisfazer as suas necessidades de sobrevivência:
Água: Para assegurar o abastecimento normal de recursos hídricos, utilizamos duas linhas de abastecimento de água. Por um lado, obtemos água através de tubos de lava e gelo em áreas permanentemente sombreadas perto do Pólo Norte; por outro lado, as membranas de diálise reversa na superfície de edifícios acima do solo podem produzir água e oxigénio capturando iões de hidrogénio no vento solar, enquanto um sistema de reciclagem de água é utilizado para recolher a urina e o suor dos astronautas para reciclagem.
Comida: No período que antecede a ida à Lua, os astronautas comerão comida espacial (sobretudo proteínas) que trouxerem da Terra; depois de concluído o laboratório de cultura de água, os astronautas cultivarão uma variedade de plantas comestíveis. Também vamos imprimir alimentos em 3D para fazer carne vegetariana a partir de fibra de soja;
Ar/Oxigénio: Produzimos oxigénio de três formas principais. Depois de aquecer e derreter o solo ou a rocha lunar, procedemos a uma eletrólise eléctrica. O oxigénio é libertado sob a forma de bolhas a partir da fusão. Quando aquecida a 1600-2500℃, a rocha que contém oxigénio pode decompor-se e produzir oxigénio puro. As plantas na câmara hidropónica também absorvem o dióxido de carbono libertado pelos astronautas, a fim de obter um fornecimento constante de oxigénio; Além disso, mais oxigénio pode ser obtido através da hidrólise.
Procura de energia: Adoptamos um sistema de geração de energia por diferença de temperatura. Através da coluna de geração de diferença de temperatura, adoptamos um termossifão de auto-circulação com elevada transferência de calor para aquecer o solo lunar. A gravidade é utilizada como força motriz para fazer o refluxo do líquido. Mas nas fases iniciais, as células de combustível também servem como fontes de energia de reserva, fornecendo calor e eletricidade à base.
Aqui estão cinco maneiras de lidar com os diferentes tipos de lixo que os nossos astronautas produzem na lua:
Reciclagem: Alguns resíduos podem ser reciclados, como a água, que é necessária para a sobrevivência. A água pode ser reciclada através da reciclagem do suor, da urina e do vapor de água respirado pelos astronautas.
Compressão e armazenamento: Os resíduos podem ser comprimidos e armazenados para ocuparem menos espaço. Os resíduos sólidos podem ser comprimidos em pedaços mais pequenos por um compressor e armazenados num caixote ou num contentor semelhante.
Queima: Alguns resíduos orgânicos podem ser eliminados através da queima. Este processo converte os resíduos em cinzas e dióxido de carbono, exigindo as condições adequadas de oxigénio e temperatura para o conseguir.
Reutilização: Os resíduos podem ser reutilizados, os resíduos de cozinha podem ser compostados e reutilizados como solo para o cultivo de vegetais no local.
Combinados, estes tratamentos poderiam ajudar a manter uma base lunar limpa e sustentável, assegurando ao mesmo tempo que os recursos necessários à sobrevivência são totalmente utilizados.
A base lunar necessitará de sistemas de comunicação eficientes e fiáveis para manter o contacto com a Terra e com outras bases lunares. O principal método de comunicação será através de transmissões de rádio de alta frequência. A base lunar terá também um conjunto de satélites de comunicação em órbita que actuarão como retransmissores entre a base e a Terra.
Além disso, a base lunar terá antenas e antenas de comunicação para uma comunicação direta e ininterrupta com a Terra, bem como sistemas de comunicação redundantes para garantir que as comunicações permaneçam ininterruptas, mesmo em caso de falhas do sistema.
A base lunar terá também um sistema integrado de comunicação em rede que permitirá a comunicação entre as várias secções da base, bem como com outras bases lunares. Este sistema incluirá cabos de fibra ótica e redes Wi-Fi para transferência de dados, permitindo uma comunicação eficiente e a partilha de informação entre diferentes bases lunares.
Numa base lunar baseada na investigação, localizada dentro de um tubo de lava lunar, há vários temas científicos que seriam o foco da investigação. Algumas das principais áreas de investigação seriam a geologia lunar, a utilização dos recursos lunares e as observações astronómicas a partir da Lua.
A base lunar conduzirá experiências sobre a geologia lunar, incluindo o estudo da composição mineral da superfície da lua, a análise do comportamento dos terramotos lunares e o exame da distribuição e movimento de voláteis como a água na lua. Estes estudos fornecerão informações valiosas sobre a formação e evolução da lua e ajudarão a avançar a nossa compreensão do universo.
Outra área de interesse é a utilização dos recursos lunares, como a extração de água do solo lunar e a utilização do regolito lunar como material de construção. Estes recursos seriam necessários para uma colonização humana sustentável na Lua, e a base lunar irá explorar formas de os utilizar eficazmente.
Além disso, a base lunar fará observações astronómicas a partir da Lua, tirando partido da sua localização única para observar corpos celestes que não são visíveis da Terra. A base lunar será também um local ideal para monitorizar o ambiente da Terra e os riscos naturais, tais como a monitorização de eventos meteorológicos espaciais e a deteção de impactos de meteoróides.
De um modo geral, a base lunar centrar-se-á na investigação científica que fará progredir a nossa compreensão da Lua, do universo e do potencial para uma colonização humana sustentável na Lua. Através da investigação sobre a geologia lunar, a utilização dos recursos lunares e as observações astronómicas a partir da Lua, a base lunar contribuirá para o avanço de vários campos científicos e fornecerá conhecimentos essenciais para a futura exploração espacial.
Para preparar os astronautas para a Lua, um programa de formação sólido poderia incluir o seguinte:
Treino físico e fisiológico: Os astronautas precisam de se submeter a treino de gravidade, treino de resistência, treino de aptidão cardiovascular e treino de fortalecimento muscular para longos períodos de viagens espaciais e missões na superfície lunar.
Formação em adaptabilidade espacial: formação relacionada com o ambiente espacial, incluindo competências operacionais em ambiente sem gravidade, orientação e posicionamento no espaço, psicologia espacial e capacidade de lidar com o ambiente espacial, etc.
Formação em exploração de veículos espaciais e equipamentos: exploração e manutenção de cápsulas espaciais, máquinas de colheita de gelo, veículos lunares e outros equipamentos.
Formação em geologia e ciências lunares: aprender a estrutura geológica, a topografia e a geomorfologia da lua para a investigação científica e a recolha de amostras.
Formação em matéria de emergência: conhecimentos médicos básicos e formação em matéria de resposta a emergências para fazer face a eventuais acidentes.
Formação em simulação de missões: Os astronautas precisam de ser treinados para simular missões em ambientes reais, incluindo missões na superfície lunar, operações na cápsula, resposta a emergências, etc.
Formação em comunicação: Aprender a língua, os protocolos e os procedimentos de comunicação, saber como comunicar eficazmente com o controlo da missão e trabalhar em estreita colaboração com outro pessoal relevante
Formação psicológica: a formação psicológica dos astronautas, a fim de adaptar ao astronauta esta ocupação de alto risco e a particularidade do ambiente espacial, é necessário efetuar uma formação psicológica rigorosa dos astronautas, para que estes tenham uma excelente qualidade psicológica em termos de capacidade de pensamento racional, ousadia sexual, compatibilidade psicológica e não caos face à crise, capacidade de lidar com crises súbitas.
Em suma, os astronautas precisam de receber uma formação completa para garantir que são competentes para a missão de aterrar na Lua.
As naves espaciais capazes de transportar pessoas e equipamento entre a Terra e a Lua, bem como os foguetões tripulados, são necessários para futuras missões à Lua. E para o transporte de carga, preferimos utilizar grandes veículos de lançamento como o SLS ou o Saturn V.
Para além destas naves espaciais, uma base lunar necessitaria de uma variedade de veículos para viajar na superfície lunar. Concebemos o RV lunar, o design único do chassis pode adaptar-se melhor à superfície lunar, e a espaçosa caixa de carga também oferece a possibilidade de percorrer longas distâncias e longos períodos de tempo. A conceção modular também permite completar o carregamento de instrumentos específicos para realizar uma variedade de tarefas especiais.
A máquina de colheita de gelo lunar foi concebida por nós para a recolha e transporte de carga. A aplicação da caixa de carga amovível inteligente e da inteligência artificial permite que a máquina de colheita de gelo complete a tarefa de extração de gelo de forma independente.
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