moon_camp

Galeria Moon Camp Pioneers 2021-2022

În Moon Camp Pioneers, misiunea fiecărei echipe este de a proiecta 3D o tabără lunară completă folosind Fusion 360. De asemenea, trebuie să explice cum vor folosi resursele locale, cum vor proteja astronauții de pericolele din spațiu și cum vor descrie spațiile de locuit și de lucru.

Team: Moon Croissant

Liceul Joffre  Montpellier    Franța 16, 15   4 / 0


Vizualizator extern pentru proiect 3d

Descrierea proiectului

Baza noastră Cartier I încearcă să prezinte un model precis pentru o așezare lunară realistă. Primul pas în abordarea acestei provocări a fost să enumerăm toate problemele care ar trebui rezolvate. Am găsit următoarele: construcție, amplasare, nevoi vitale (hrană, apă, aer), energie, siguranță (radiații, căldură, deficiențe de sănătate) și utilitate. Ceea ce face ca soluția noastră să se remarce este extensibilitatea ridicată, ușurința de instalare și autonomia pe care Cartier I ar fi avut.

Prima expediție va fi condusă de patru astronauți, care vor aduce cu ei toate resursele de construcție.

  • În timpul fazei de acomodare (2-4 săptămâni pentru structurile principale, 6-8 săptămâni pentru autonomia alimentară), astronauții vor construi baza (explicată mai jos) și vor instala principalele infrastructuri, cum ar fi extracția apei și generarea de energie.
  • Odată ce pionierii s-au stabilit și baza este autonomă, pot fi efectuate mai multe operațiuni pentru a extinde baza, care ar putea deveni o așezare la scară largă, locuită de o duzină de astronauți odată, deoarece modulele sunt proiectate special pentru a facilita extinderea.

Am creat un model CAD care schematizează conturul de bază al taberei noastre lunare; acesta constă din cele patru module locuibile și majoritatea infrastructurilor externe (extracția/stocarea apei și producția de energie) care Cartier I ar fi avut în timpul primei expediții. Schemele de mai jos explică în detaliu configurația bazei și a tuturor modulelor individuale, precum și sistemele de generare a apei și a energiei electrice.

2.1 Unde doriți să vă construiți tabăra lunară?

Am decis să plasăm așezarea direct pe fundul unui crater, ai cărui pereți ar servi drept scut solar eficient (acest lucru elimină, de asemenea, provocarea de a transporta gheață). În ceea ce privește alegerea craterului, trebuie să corespundă mai multe criterii: umbră perpetuă în partea de jos, iluminare puternică și frecventă pe margine și concentrații bune de gheață de apă. Alte avantaje ar putea include dimensiunea craterului (influențează timpul de deplasare), apropierea sa de alte situri de interes și orientarea sa spre regiuni potențial necercetate ale spațiului.

Conform datelor obținute de expediția Chandrayaan-1, apa este prezentă mai mult în jurul polilor lunari, care este, prin urmare, locul unde este cel mai probabil să se afle baza noastră. Lipsa unor date precise pentru anumite cratere ne împiedică să dăm un răspuns definitiv, dar printre potențialii candidați se numără craterul Shackleton (cu vârfuri iluminate timp de ~94% din an), craterul Whipple (cu un strat gros de gheață prezis) sau craterul Peary (care este destul de puțin adânc).

2.2 Cum intenționați să vă construiți tabăra lunară? Descrieți tehnicile, materialele și opțiunile dvs. de proiectare.

Intenționăm să folosim corpul rachetei ca schelet principal al bazei. Odată ce racheta va ajunge pe orbita lunară, se va dezasambla în patru secțiuni care vor ateriza independent. Aceste patru secțiuni cilindrice vor constitui cele patru module de locuit de care astronauții vor avea nevoie pentru această primă expediție: un modul de locuit, un modul comun (și sportiv), un modul de seră și un modul de cercetare (a se vedea schemele de mai jos).

Deoarece influxul de căldură prin radiație poate fi ignorat, singura izolație termică necesară este cea pentru pierderile de căldură datorate radiației (de la bază - spre exterior) și conducției prin sol. Acest lucru se poate realiza prin utilizarea unei izolații multistrat - cu Kapton sau Mylar - pentru a respinge radiația și prin îngroșarea părții din corpul navei care intră în contact cu solul. Se pot concepe, de asemenea, module gonflabile, cu condiția ca baza lor în contact cu solul să fie, de asemenea, confecționată dintr-un material izolator gros.

Folosirea cadrului rachetei va reduce drastic timpul de construcție, deoarece singura construcție necesară va fi cea a conexiunilor dintre module, a infrastructurilor exterioare și a mobilierului interior. Infrastructurile vor fi asamblate din piese de dimensiuni mici sau medii construite pe Pământ; gravitația scăzută va facilita transportul pieselor mai mari.

La scurt timp după sosire, echipa se va deplasa în exteriorul craterului pentru a instala deflectoarele solare și antena de comunicații. Acesta va fi unul dintre singurele momente în care vor fi nevoiți să parcurgă distanțe mari (în afară de întreținerea ocazională), deoarece tabăra este altfel compactă.

2.3 Mediul de pe Lună este foarte periculos pentru astronauți. Explicați cum îi va proteja tabăra voastră lunară. (maximum 150 de cuvinte)

Pericolele la care ar putea fi expuși astronauții pot fi clasificate în trei categorii.

În primul rând, problemele de mediu: după cum s-a explicat anterior, radiațiile nocive din spațiu nu vor ajunge niciodată la astronauții de pe fundul craterului, astfel încât această problemă poate fi eliminată. Pe de altă parte, meteoriții ar putea ajunge potențial în tabără; totuși, calculele rapide (comparând cu cantitatea care ajunge în atmosfera terestră) arată că probabilitatea ca un meteorit să deterioreze un modul sau un astronaut este neglijabilă.

În al doilea rând, deficiențele de sănătate: astronauții vor experimenta doar o șesime din gravitația Pământului, ceea ce va duce la pierderea mușchilor. Pentru a contracara acest lucru, astronauții vor trece zilnic printr-o rutină de antrenament cu aparate adaptate pentru a lucra în condiții de gravitație redusă (elastice pentru a trage persoana în jos, rezistență magnetică etc.).

În al treilea rând, probleme tehnice sau accidente. Toate modulele sunt sigilate de uși etanșe și nu vor fi afectate în cazul în care unul dintre ele se sparge; parametrii precum temperatura sau compoziția aerului vor fi monitorizați în permanență pentru a preveni accidentele.

2.4 Explicați cum tabăra dvs. de pe Lună le va oferi astronauților:

Apă
Alimente
Putere
Aer

În timpul fazei de sedimentare, astronauții se vor baza pe o mică rezervă de apă adusă de pe Pământ. După ce vor fi instalate principalele infrastructuri, apa va fi extrasă din regolit, printr-un proces în 3 etape.
Primul pas este excavarea: un rover extrage bucăți de regolit și le aduce într-o cameră termică.
Al doilea pas este extracția: Cu ajutorul energiei solare, camera este încălzită la aproximativ 600K, forțând apa să se sublimeze și să crească presiunea din rezervor.
A treia și ultima etapă este transportul: după ce trece printr-o turbină (a se vedea secțiunea de electricitate), vaporii de apă se condensează într-un sistem de conducte care duce la cisterna de apă. Un regulator va monitoriza puritatea apei pentru a se asigura că este potabilă; dacă este necesar, aceasta poate fi purificată în continuare.
Pentru a evita risipa, apa va fi reciclată în mod similar cu cea de pe ISS: din transpirația astronauților/plantelor, urină, duș și scurgerea chiuvetelor.

Alimentele vor fi produse în modulul de seră (a se vedea schemele de mai jos).
Legumele vor fi produse în sisteme aeroponice și hidroponice care utilizează apă îmbogățită cu nutrienți (nutrienții pot fi sintetizați din KREEP extras sau din rezerve concentrate aduse de pe Pământ). În sistemul aeroponic, rădăcinile plantelor vor fi stropite cu o ceață care conține toți nutrienții de care are nevoie; în sistemul hidroponic, vârful rădăcinilor se va scălda în soluție (ca mediu de cultură se poate folosi Rockwool sau Perlit). Plantele vor fi alese în funcție de randamentul culturii, timpul de creștere și valoarea nutritivă (printre plantele cu creștere rapidă se numără varza kale, fasolea, salata, roșiile, fructele de pădure etc.). Acestea vor crește într-un mediu controlat pentru a primi intensitatea/lungimea de undă ideală a luminii și temperatura.
Carnea artificială va fi "cultivată" prin îmbăierea celulelor stem într-un mediu nutritiv pentru a crea proteine.
Alte suplimente alimentare neperisabile vor fi aduse de pe pământ în cantități suficiente.

În timpul fazei de instalare, baza va fi alimentată de un generator termoelectric cu radioizotopi, care va fi eliminat la o distanță sigură de bază atunci când nu va mai fi necesar.
Energia electrică va fi apoi produsă împreună cu apa într-un sistem de energie solară concentrată (CSP):
Reflectoarele de urmărire cu două axe vor fi amplasate pe vârfurile din afara craterului și vor reflecta lumina soarelui spre același punct din apropierea taberei. Camera de încălzire amplasată acolo va produce abur de înaltă presiune, care va trece printr-o turbină și își va roti paletele; această mișcare de rotație va fi transformată în energie electrică de către un generator (explicat într-o schemă de mai jos).
Panourile solare ar putea fi, de asemenea, utilizate ca alternativă pentru a reduce complexitatea sistemului, dar acest lucru ar diminua randamentul (doar ~20% eficiență față de ~50% eficiență pentru turbine) și ar necesita o suprafață mai mare.

Când vine vorba de respirație, există două procese esențiale care trebuie efectuate: crearea de O2 și eliminarea CO2. Azotul (80% din aer) necesar poate fi adus de pe Pământ și nu va fi consumat, deoarece este un gaz inert.
Oxigenul va fi obținut prin electroliza apei. Prin aplicarea unei diferențe de tensiune la doi electrozi, putem diviza moleculele de H20 pentru a crea hidrogen și oxigen (trebuie adăugat un electrolit pentru a crește conductivitatea apei). Hidrogenul poate fi stocat și utilizat ulterior ca și combustibil pentru rachete.
Epurarea dioxidului de carbon se poate face folosind hidroxid de litiu (LiOH), care reacționează cu CO2 pentru a produce apă, sau folosind amină săracă (MEA), care absoarbe CO2 pentru a deveni MEA bogată, (care poate fi apoi fi fiartă pentru a scăpa de CO2, ceea ce o face din nou săracă).
În timpul fazei de decantare și în cazul în care apare o problemă cu procesul de electroliză, se vor folosi lumânări de oxigen pentru a menține nivelurile de O2 la un nivel stabil de 20%.

2.5 Explică care ar fi scopul principal al taberei tale lunare.

În primul rând, Cartier Iva avea un scop științific. Tabăra le va permite astronauților să efectueze experimente și cercetări care nu ar putea fi făcute pe Pământ, cum ar fi comportamentul diferitelor obiecte în condiții de gravitație redusă sau în vid. De asemenea, aceasta va fi o ocazie de aur pentru a analiza în profunzime compoziția regolitului din craterele lunare. Tabăra va avea, de asemenea, o importanță în domeniul astrofizicii: punctul său de observație va permite astronauților să observe stele care nu pot fi văzute de pe Pământ.

Tabăra noastră de pe Lună va servi, de asemenea, ca punct de reper pentru colonizarea spațiului. Într-adevăr, navele spațiale vor putea să se realimenteze cu hidrogenul gazos creat prin electroliză, ceea ce ar putea facilita, de exemplu, o călătorie pe Marte.

Într-un viitor potențial, baza ar putea avea și un scop mai profitabil, cum ar fi vânzarea de elemente din pământuri rare care pot fi găsite cu ușurință pe Lună sau dezvoltarea turismului spațial.

3.1 Descrieți o zi pe Lună pentru echipajul de astronauți din tabăra lunară.

Astronauții se trezesc la ora 7:00 și au la dispoziție o jumătate de oră pentru a se dedica igienei și intereselor personale.

La ora 7:30, echipajul ia micul dejun în modulul de viață, unde mănâncă atât produse produse pe Lună, cât și produse aduse de pe Pământ, pentru a păstra o dietă echilibrată. Un grup de doi astronauți supraveghează apoi roverul în timp ce acesta extrage regolit (pentru a extrage ulterior apa), în timp ce ceilalți doi astronauți se ocupă de grădina instalată în modulul cu sere și monitorizează creșterea cărnii artificiale.

La ora 9:00, doi dintre astronauți părăsesc baza pentru întreținerea roverelor și a infrastructurilor. Aceasta poate consta în sarcini multiple, cum ar fi curățarea unor instrumente, verificarea productivității generatoarelor sau verificarea integrității sistemului de conducte. Ceilalți doi astronauți rămân în bază pentru a efectua unele treburi pentru a garanta bunăstarea echipajului.

La ora 10:30, toți astronauții se regrupează în modulul comun pentru a face câteva exerciții, deoarece gravitația scăzută de pe suprafața Lunii le poate slăbi mușchii. După o oră de antrenament și treizeci de minute de odihnă, ei iau prânzul și se pot bucura de mâncarea produsă în bază.

La ora 13:00, echipajul iese în afara taberei pentru a observa stelele, care sunt clar vizibile datorită lipsei poluării luminoase. Observațiile vor fi apoi trimise pe Pământ, unde oamenii de știință le pot analiza mai în profunzime. În restul "după-amiezii", astronauții colectează mostre de regolit și le analizează compoziția în modulul de cercetare, pentru a verifica parametri precum concentrația de apă și pentru a efectua diverse alte experimente. Aceste rezultate sunt de asemenea trimise pe Pământ în jurul orei 18:30, după care astronauții au parte de timp liber pentru a se odihni.

La ora 19:00, echipajul se regrupează în modulul de locuit și pregătește programul pentru ziua următoare. Apoi iau cina la ora 20:00 și au la dispoziție o oră pentru petrecerea timpului liber, timp în care, de obicei, joacă cărți, ascultă muzică bună sau citesc cărți. Acest timp liber este esențial pentru a le asigura bunăstarea mentală și pentru a diminua stresul care se acumulează atunci când trăiesc în spațiu.

Restul serii este apoi dedicat igienei și schimbului cu pământul. Astronauții merg la culcare în jurul orei 22:30 pentru a avea parte de o noapte întreagă de somn, visând la imensitatea spațiului și la posibilitățile pe care le rezervă ziua de mâine.

Alte proiecte:

  DinozauriSRL

 

  Liceul Teoretic Emil Racoviță Baia Mare
    România
  planul de aterizare

 

  郑州轻工业大学附属中学
    China
  Tabăra Polaris

 

  郑州轻工业大学附属中学
    China
  supraviețuitor lunar

 

  郑州轻工业大学附属中学
    China