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.
Primeiro Lugar - Estados membros da ESA
Ginásio Nad Aleji Praga-Praga República Checa 13, 15 2 / Inglês
Software de desenho 3D: Fusion 360
https://www.osymo.com/moonbase
Uma das contribuições da ESA para o programa Artemis poderá ser uma pequena nave lunar abrigoque mais tarde será transformado numa base lunar. Apresentamos um tal abrigo lunar para dois astronautas.
O principal critério era que a cobertura pudesse ser transportada para a Lua utilizando o EL3, que tem uma carga útil de 1,5 toneladas para a Lua. Não conseguimos cumprir totalmente este limite de peso, mas não é irrealista que o limite seja cumprido após novas modificações e desenvolvimento do projecto. Considerando um peso tão baixo, o equipamento do abrigo é muito básico, mas pode servir bem o seu objectivo nas fases iniciais da exploração lunar.
O abrigo é constituído por um módulo e um não selado alpendre. O módulo alberga a maior parte do equipamento e a equipa vive e trabalha nele. Por cima do módulo existe um alpendre que serve de armazém para o equipamento exterior, amostras que não se destinam a análise no local, etc. A tripulação vai do módulo para o abrigo e depois para a superfície através de uma câmara de vácuo colocada de forma pouco convencional no tecto do módulo. Isto facilita a construção do escudo anti-radiação e simplifica a concepção global.
A colonização da Lua trazer-nos-á muitos benefícios. Tornar-se-á um trampolim para a exploração do Sistema Solar. As descobertas e tecnologias desenvolvidas durante a construção da base na Lua também nos ajudarão na Terra.
O objectivo do nosso abrigo é ter uma base na Lua à volta da qual possam ser construídas outras povoações. Todas as tecnologias necessárias para a construção de outros módulos serão testadas nele.
No futuro, planeamos utilizar a base principalmente para fins científicos e técnicos. As tecnologias para a viagem a Marte serão desenvolvidas na base. Usando ISRU podemos construir sondas inteiras na Lua e enviá-las para o Sistema Solar. Podemos trabalhar em novos sistemas avançados de apoio à vida ou fazer astronomia por infravermelhos. A utilização comercial também será importante, o que garantirá o financiamento da base no futuro.
O abrigo foi concebido para um máximo de 5 dias de escuridão, pelo que as opções de localização da base estão, de facto, muito limitadas a algumas zonas do Pólo Sul, nomeadamente a borda da cratera Shackleton. Se ficasse às escuras durante mais de cinco dias, congelaria. Com 18 m de altura, o painel solar ficará iluminado ainda mais tempo do que o resto da base.
A iluminação é o único critério limitativo para a localização do abrigo em si, mas é necessário ter em conta o desenvolvimento futuro que necessitará de acesso a gelo de água em regiões permanentemente sombreadas. Felizmente, a borda da cratera Shackleton também satisfaz este critério.
O abrigo será inteiramente trazido da Terra. Será lançado com o Ariane 6 + EL3, ou melhor, com o Ariane NEXT + EL3 (ou algum sucessor do EL3). Após o lançamento e o sobrevoo da Lua, o EL3 aterrará com o abrigo e será depois descarregado do EL3. Ainda não concebemos o mecanismo exacto de descarga do abrigo, porque não sabemos qual será exactamente o aspecto do EL3.
A única coisa utilizada para "construir" o abrigo será o regolito lunar como escudo contra a radiação. Eventualmente, 16 sacos de regolito serão colocados à volta do abrigo, proporcionando 0,5 metros de protecção contra a radiação. Os sacos serão enchidos com a escavadora RASSOR. Esta movimenta até 700 kg de regolito por dia. Cada saco contém 1200 kg de regolito. Durante a primeira missão, apenas serão enchidos quatro sacos à volta dos quartos de dormir, o que demorará 7 dias. A RASSOR recolhe sempre o regolito e sobe a rampa até ao cimo dos sacos, onde despeja o regolito. A tripulação terá de deslocar a rampa depois de cada saco estar cheio. O resto será feito em modo autónomo.
Quanto à construção do abrigo, utilizámos principalmente um compósito de carbono leve mas resistente, o que nos permitiu reduzir o peso total.
No futuro, os sacos já não serão utilizados para protecção contra radiações, mas sim para impressão 3D a partir do regolito. Pode ser usado para fazer garagens para rovers e pode ser usado para criar protecção para habitats insufláveis.
Na Lua, encontramos vários tipos de radiação, nomeadamente GCR, SPE e radiação secundária criada após a interacção de GCR ou SPE com materiais. Dada a curta duração da missão (14 dias), a dose recebida do GCR é aceitável (como sabemos graças à Apollo). O problema seria se a tripulação no interior da nave fosse atingida pelo SPE. Embora a probabilidade seja baixa, poderia ter consequências fatais. Por isso, durante a primeira missão, serão adicionados 0,5 m de protecção regolítica à volta dos alojamentos da tripulação e serão completados à volta de todo o abrigo durante as missões seguintes. Isto será suficiente para proteger contra as tempestades solares mais pequenas. À medida que as missões se tornam mais longas, será necessário acrescentar uma protecção adicional contra grandes tempestades.
Os micrometeoróides são menos comuns no espaço lunar e os detritos orbitais não estão de todo presentes, pelo que 3 mm de compósito de carbono e MLI irão impedi-los. A adição de uma protecção de regolito aumenta ainda mais a segurança.
Um alpendre serve de protecção contra o pó. O seu interior será semi-limpo e serve, entre outras coisas, para guardar objectos que não podem estar no módulo. Os astronautas limpam-se cuidadosamente antes de entrarem no alpendre. O pó que entra no interior é filtrado por um sistema de revitalização da atmosfera, especificamente um filtro localizado em cada recipiente de hidróxido de lítio. A saída do sistema de revitalização da atmosfera encontra-se nos alojamentos da tripulação.
Outro aspecto é o ambiente térmico. Durante a permanência da tripulação nas luzes, os sistemas do abrigo terão 8 kW de potência de entrada que precisa de ser irradiada. Utilizaremos um radiador de 10 m de comprimento para irradiar o excesso de calor. Durante os cinco dias de escuridão, quando a tripulação não estiver presente, a cobertura perderá 48 kWh, que devem ser fornecidos por baterias de iões de lítio para evitar que os sistemas congelem.
O ar limpo é fornecido pelo sistema de controlo da atmosfera. O oxigénio é fornecido por tanques de pressão a uma pressão de 40 MPa. São necessários 23 kg de oxigénio para a missão, com uma reserva de 35 kg de oxigénio nos tanques. Este é doseado na secção de revitalização do ar para que a concentração na atmosfera seja de 21%. O CO2 é removido com LiOH. A tripulação produz 29 kg de CO2 por missão, para os quais são necessários 32 kg de LiOH para os capturar, depois de acrescentada uma reserva de 48 kg.
O azoto terá de ser completado devido a 10% fugas de ar por ciclo. Haverá um fornecimento de 20 kg na cobertura.
Os alimentos são importados da Terra. São preparadas 3 refeições para cada dia, num total de 84 refeições por missão. Cada refeição pesa 0,8 kg.
A água é o único bem que é reciclado. Cada membro da tripulação consome 4,4 kg de água por dia. É produzida mais água do que consumida, uma vez que é formada durante a reacção do LiOH com o CO2 e durante a respiração. São necessários 8,8 kg de água limpa por dia e são produzidos 12,7 kg. A água que será limpa provém da casa de banho (urina) ou do permutador de calor (condensado atmosférico). O condensado tem uma concentração suficientemente baixa de substâncias que podem ser limpas directamente usando osmose directa. A urina é primeiro destilada a vácuo. O que resta após a osmose direta é limpo novamente usando a destilação a vácuo. A eficiência do sistema é superior a 80%, pelo que é sempre produzida mais água do que a consumida.
A potência dos sistemas de base é de 8 kW, ou seja, metade do que a IROSA pode fornecer. Em gravidade parcial, não pode ser utilizado sem modificação, mas é utilizado como referência.
A questão dos resíduos na Lua é complicada porque não podemos deixá-los arder na atmosfera como acontece com a ISS. Também é mais dispendioso trazer coisas para a Lua, pelo que é necessário lidar com elas de forma criteriosa. A tripulação produz cerca de 20 kg de resíduos com um volume de 0,2 m3 por missão. Embora o abrigo actual não possa reciclá-los de forma alguma, armazenamo-los em contentores e guardamo-los no alpendre para posterior utilização. Os resíduos consistirão principalmente em embalagens de papel e plástico, ou restos de comida, dos quais se pode obter carbono, que é raro na Lua. Podemos utilizar plástico que mais tarde pode ser reciclado e utilizado para impressão 3D. Da mesma forma, os resíduos sólidos da casa de banho são armazenados, o que será valioso para o cultivo de plantas no futuro. A urina é reciclada em água potável.
Utilizaremos a constelação Moonlight para as comunicações, através da qual serão enviados principalmente os dados do abrigo. Apesar disso, o escudo terá a capacidade de comunicar directamente com a Terra num modo limitado. Também utilizaremos o luar para determinar a posição. Haverá sempre a possibilidade de um astronauta ou rover comunicar directamente com o abrigo, mas a escolha básica é o Moonlight, também porque o horizonte a partir de uma altura humana está apenas a 2,4 km de distância na Lua.
Como foi dito no início, o principal objectivo deste abrigo é ter uma base em torno da qual se possa construir mais, pelo que o equipamento científico é bastante minimalista. As principais áreas de interesse incluem a geologia e as possibilidades de utilização dos recursos locais. Os conhecimentos adquiridos serão utilizados durante a futura colonização.
O abrigo alberga um laboratório que dispõe de uma caixa de luvas para examinar amostras de superfícies e prepará-las para outras experiências. A caixa de luvas inclui um microscópio de fluorescência para estudar as amostras. A caixa de luvas é feita de forma a que as amostras não entrem em contacto com o interior do abrigo. Outra parte do laboratório é a câmara de crescimento, onde se estuda o cultivo de plantas no ambiente lunar. Por exemplo, o cultivo no regolito pode ser explorado. O laboratório tem também um pequeno forno e uma prensa, que serão utilizados para testar a sinterização do regolito em diferentes condições e a sua subsequente resistência. Isto fornecerá dados valiosos que podem ser utilizados para o desenvolvimento da impressão 3D a partir do regolito.
As ferramentas concebidas para EVA incluem martelos, pinças, peneiras, brocas e outro equipamento de exploração geológica. Também estarão disponíveis espectrómetros para análise rápida de rochas. No exterior da base poderão ser colocados instrumentos para medir a meteorologia espacial ou os impactos de micrometeoróides.
No futuro, serão acrescentados aparelhos médicos, outros instrumentos para o estudo das rochas, como o microscópio electrónico, e instrumentos para o estudo da física e da química em gravidade parcial. Mais tarde, a astronomia começará a ser efectuada na nossa base.
A formação consiste essencialmente na aprendizagem dos sistemas individuais do abrigo. É necessário aprender como se comportar em caso de avaria e como a reparar. De seguida, serão treinadas as operações individuais. Os principais objectivos da primeira missão incluem a criação de uma protecção contra a radiação do regolito, pelo que será praticado o trabalho no exterior lunar e o trabalho com o RASSOR. A última área de treino será a ciência. A tripulação deve completar um curso extensivo de geologia (se não houver um geólogo a bordo) para obter os melhores resultados do tempo limitado dedicado à ciência. O treino também pode ser efectuado em regiões vulcânicas aqui na Terra. Algum treino será também efectuado durante voos parabólicos para simular a gravidade reduzida.
O abrigo será transportado para a superfície com recurso ao grande rebocador logístico europeu, que é lançado no Ariane 6. É possível que o Ariane NEXT já esteja disponível aquando da preparação do abrigo. A tripulação partirá do solo no Orion, que será lançado pelo SLS. Na Lua, será transferida para a nave HLS, que será utilizada para aterrar. O abrigo ficará a várias dezenas de quilómetros de distância da Starship HLS e do Campo Base Artemis, para aumentar o raio de exploração lunar e de fixação humana na Lua. A tripulação deslocar-se-á com a ajuda de um rover hermético (em caso de emergência, também não hermético). No final da missão, a tripulação regressará ao Campo Base de Artemis utilizando o rover e regressará à Terra utilizando a Starship HLS e a Orion.
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