moon_camp

Moon Camp Pioneers Galéria 2021-2022

Úlohou každého tímu v projekte Moon Camp Pioneers je navrhnúť 3D kompletný mesačný tábor pomocou aplikácie Fusion 360. Musia tiež vysvetliť, ako budú využívať miestne zdroje, chrániť astronautov pred nebezpečenstvom vesmíru a opísať obytné a pracovné priestory.

Team: Moon Croissant

Lycée Joffre  Montpellier    Francúzsko 16, 15   4 / 0


Externý prehliadač pre projekt 3d

Popis projektu

Naša základňa Cartier I sa pokúša predstaviť presný model realistického osídlenia Mesiaca. Prvým krokom v našom prístupe k tejto výzve bol zoznam všetkých problémov, ktoré by bolo potrebné vyriešiť. Zistili sme tieto: konštrukcia, umiestnenie, životné potreby (potraviny, voda, vzduch), energia, bezpečnosť (žiarenie, teplo, zdravotné nedostatky) a úžitkové vlastnosti. To, čím naše riešenie vyniká, je vysoká rozšíriteľnosť, jednoduchá inštalácia a autonómnosť, ktoré Cartier I by mal.

Prvú expedíciu by viedli štyria astronauti, ktorí by so sebou priniesli všetky stavebné prostriedky.

  • Počas fázy usadzovania (2-4 týždne pre hlavné štruktúry, 6-8 týždňov pre potravinovú autonómiu) astronauti vybudujú základňu (bližšie vysvetlené nižšie) a zriadia hlavné infraštruktúry, ako je získavanie vody a výroba energie.
  • Keď sa pionieri usadia a základňa bude autonómna, bude možné vykonávať ďalšie operácie na ďalšie rozširovanie základne, ktorá by sa mohla stať rozsiahlou osadou obývanou tuctom astronautov naraz, keďže moduly sú špeciálne navrhnuté tak, aby uľahčili rozširovanie.

Vytvorili sme model CAD, ktorý schematicky znázorňuje základné obrysy nášho mesačného tábora; pozostáva zo štyroch obytných modulov a väčšiny vonkajšej infraštruktúry (ťažba/skladovanie vody a výroba energie), ktoré Cartier I počas 1. expedície. Nižšie uvedené schémy podrobne vysvetľujú konfiguráciu základne a všetkých jednotlivých modulov, ako aj systémy výroby vody a elektriny.

2.1 Kde chcete postaviť svoj Moon Camp?

Rozhodli sme sa umiestniť osadu priamo na dno krátera, ktorého steny by slúžili ako účinný slnečný štít (tým by sa eliminoval aj problém s prepravou ľadu). Pokiaľ ide o výber krátera, je potrebné splniť mnohé kritériá: večný tieň na dne, silné a časté osvetlenie na okraji a dobrá koncentrácia vodného ľadu. Medzi ďalšie výhody by mohla patriť veľkosť krátera (ovplyvňuje čas cestovania), jeho blízkosť k iným zaujímavým lokalitám a jeho orientácia na potenciálne neprebádané oblasti vesmíru.

Podľa údajov z expedície Chandrayaan-1 je voda najviac prítomná v okolí pólov Mesiaca, kde sa teda s najväčšou pravdepodobnosťou nachádza aj naša základňa. Nedostatok presných údajov o konkrétnych kráteroch nám bráni dať definitívnu odpoveď, ale medzi potenciálnych kandidátov patrí kráter Shackleton (s vrcholmi osvetlenými počas ~94% roka), kráter Whipple (s predpokladanou hrubou vrstvou ľadu) alebo kráter Peary (ktorý je pomerne plytký).

2.2 Ako plánujete vybudovať svoj mesačný tábor? Opíšte techniky, materiály a vaše konštrukčné rozhodnutia.

Ako hlavnú kostru základne plánujeme použiť trup rakety. Keď raketa dosiahne obežnú dráhu Mesiaca, rozloží sa na štyri časti, ktoré pristávajú nezávisle. Tieto štyri valcové sekcie budú tvoriť štyri obytné moduly, ktoré budú astronauti potrebovať na túto prvú expedíciu: obytný modul, spoločenský (a športový) modul, skleníkový modul a výskumný modul (pozri schémy nižšie).

Keďže prílev tepla zo sálania možno ignorovať, jediná potrebná tepelná izolácia sa týka tepelných strát spôsobených sálaním (zo základne - smerom von) a vedením cez zem. To sa dá dosiahnuť použitím viacvrstvovej izolácie - s kaptonom alebo mylarom - na odrážanie žiarenia a zosilnením časti trupu, ktorá je v kontakte so zemou. V úvahu prichádzajú aj nafukovacie moduly, ak je ich základňa v kontakte so zemou tiež vyrobená z hrubého izolačného materiálu.

Použitie rámu rakety výrazne skráti čas výstavby, pretože jediná potrebná konštrukcia budú spoje medzi modulmi, vonkajšia infraštruktúra a vnútorný nábytok. Infraštruktúry budú zostavené z malých alebo stredne veľkých dielov skonštruovaných na Zemi; nízka gravitácia uľahčí prenášanie väčších dielov.

Krátko po príchode sa tím presunie na vonkajšiu stranu krátera, aby nainštaloval slnečné deflektory a komunikačnú anténu. Toto bude jeden z mála prípadov, keď budú musieť prekonávať veľké vzdialenosti (okrem príležitostnej údržby), pretože tábor je inak kompaktný.

2.3 Prostredie na Mesiaci je pre astronautov veľmi nebezpečné. Vysvetlite, ako ich bude váš mesačný tábor chrániť. (maximálne 150 slov)

Nebezpečenstvá, ktorým by mohli byť astronauti vystavení, možno rozdeliť do troch kategórií.

Po prvé, environmentálne otázky: ako už bolo vysvetlené, zvyčajne škodlivé žiarenie z vesmíru sa nikdy nedostane k astronautom na dne krátera, takže tento problém možno eliminovať. Na druhej strane, do tábora by sa potenciálne mohli dostať meteority; rýchle výpočty (porovnanie s množstvom, ktoré sa dostane do zemskej atmosféry) však ukazujú, že pravdepodobnosť, že meteorit poškodí modul alebo astronauta, je zanedbateľná.

Po druhé, zdravotné nedostatky: astronauti budú mať len šestinu zemskej gravitácie, čo bude mať za následok úbytok svalovej hmoty. Aby sa tomu zabránilo, astronauti budú denne absolvovať cvičenie so strojmi prispôsobenými na prácu v nízkej gravitácii (gumy na stiahnutie osoby, magnetický odpor atď.).

Po tretie, technické problémy alebo nehody. Všetky moduly sú utesnené vzduchotesnými dverami, a ak sa niektorý z nich rozbije, nedôjde k jeho poškodeniu; parametre ako teplota alebo zloženie vzduchu sa neustále monitorujú, aby sa predišlo nehodám.

2.4 Vysvetlite, ako váš mesačný tábor poskytne astronautom:

Voda
Potraviny
Napájanie
Vzduch

Počas usadzovacej fázy sa astronauti budú spoliehať na malé zásoby vody privezené zo Zeme. Po inštalácii hlavnej infraštruktúry sa bude voda získavať z regolitu v trojstupňovom procese.
Prvým krokom je ťažba: rover vyťaží kusy regolitu a prenesie ich do tepelnej komory.
Druhým krokom je extrakcia: Pomocou slnečnej energie sa komora zahreje na teplotu približne 600 K, čím sa voda sublimuje a zvýši sa tlak v nádrži.
Tretím a posledným krokom je preprava: po prechode cez turbínu (pozri časť o elektrine) vodná para kondenzuje v potrubnom systéme vedúcom do cisterny na vodu. Regulátor monitoruje čistotu vody, aby sa uistil, že je pitná; v prípade potreby ju možno ďalej čistiť.
Aby sa zabránilo plytvaniu, voda sa bude recyklovať podobne ako na ISS: z transpirácie astronautov/rastlín, moču, sprchy a odtoku z umývadla.

Potraviny sa budú vyrábať v skleníkovom module (pozri schémy nižšie).
Zelenina sa bude pestovať v aeroponických a hydroponických systémoch, ktoré využívajú vodu obohatenú živinami (živiny sa môžu syntetizovať z extrahovaného KREEP alebo z koncentrovaných zásob prinesených zo Zeme). V aeroponickom systéme sa korene rastlín postriekajú hmlou obsahujúcou všetky potrebné živiny; v hydroponickom systéme sa špička koreňov kúpe v roztoku (ako pestovateľské médium sa môže použiť kamenná vlna alebo perlit). Rastliny sa vyberú z hľadiska výnosu, doby rastu a výživovej hodnoty (medzi rýchlo rastúce rastliny patrí kapusta, fazuľa, šalát, paradajky, bobuľovité ovocie atď.) Budú rásť v kontrolovanom prostredí s ideálnou intenzitou/vlnovou dĺžkou svetla a teplotou.
Umelé mäso sa bude "pestovať" tak, že sa kmeňové bunky budú kúpať vo výživnom médiu, aby sa vytvorili bielkoviny.
Ostatné nekaziace sa potravinové doplnky budú v dostatočnom množstve privezené zo zeme.

Počas fázy usadzovania bude základňa napájaná rádioizotopovým termoelektrickým generátorom, ktorý bude po skončení jeho potreby zlikvidovaný v bezpečnej vzdialenosti od základne.
Elektrická energia sa potom bude vyrábať v spojení s vodou v systéme koncentrovanej solárnej energie (CSP):
Dvojosové sledovacie reflektory budú umiestnené na vrcholoch mimo krátera a budú odrážať slnečné svetlo do rovnakého bodu v blízkosti tábora. Vykurovacia komora, ktorá je tam umiestnená, bude produkovať vysokotlakovú paru, ktorá bude prechádzať cez turbínu a roztáčať jej lopatky; tento otáčavý pohyb bude generátor premieňať na elektrickú energiu (vysvetlené v schéme nižšie).
Ako alternatíva by sa mohli použiť aj solárne panely, aby sa znížila zložitosť systému, ale znížil by sa tým výnos (účinnosť len ~20% oproti účinnosti ~50% pri turbínach) a vyžadovala by sa väčšia plocha.

Pri dýchaní sa musia uskutočniť dva základné procesy: tvorba O2 a čistenie CO2. Potrebný dusík (80% vzduchu) sa dá priniesť zo Zeme a nespotrebuje sa, pretože je to inertný plyn.
Kyslík sa vyrába elektrolýzou vody. Priložením rozdielu napätí na dve elektródy môžeme rozdeliť molekuly H20 a vytvoriť vodík a kyslík (na zvýšenie vodivosti vody sa musí pridať elektrolyt). Vodík sa môže uskladniť a neskôr použiť ako raketové palivo.
Čistenie oxidu uhličitého sa môže vykonávať pomocou hydroxidu lítneho (LiOH), ktorý reaguje s CO2 za vzniku vody, alebo pomocou chudobného amínu (MEA), ktorý absorbuje CO2 a stáva sa bohatým MEA (potom sa môže variť, aby sa zbavil CO2, čím sa opäť stane chudobným).
Počas fázy usadzovania a v prípade, že sa vyskytne problém s procesom elektrolýzy, sa použijú kyslíkové sviečky na udržanie stabilnej hladiny O2 na úrovni 20%.

2.5 Vysvetlite, čo by bolo hlavným cieľom vášho mesačného tábora.

Predovšetkým, Cartier Ibude mať vedecký účel. Tábor umožní astronautom vykonávať experimenty a výskumy, ktoré by sa na Zemi nemohli uskutočniť, napríklad správanie sa rôznych objektov pri nízkej gravitácii alebo v prázdnote. Bude to tiež skvelá príležitosť na dôkladnú analýzu zloženia regolitu v mesačných kráteroch. Tábor bude mať význam aj v oblasti astrofyziky: jeho rozhľadňa umožní astronautom pozorovať hviezdy, ktoré zo Zeme nie je možné vidieť.

Náš mesačný tábor bude slúžiť aj ako východiskový bod pre kolonizáciu vesmíru. Vesmírne lode totiž budú môcť tankovať plynný vodík, ktorý vzniká elektrolýzou, čo by mohlo uľahčiť napríklad cestu na Mars.

V budúcnosti by základňa mohla mať aj lukratívnejší cieľ, napríklad predaj prvkov vzácnych zemín, ktoré sa na Mesiaci dajú ľahko nájsť, alebo rozvoj vesmírnej turistiky.

3.1 Opíšte deň na Mesiaci pre posádku astronautov z Moon Campu.

Astronauti vstávajú o 7:00 a majú pol hodiny na to, aby sa venovali svojej hygiene a osobným záujmom.

O 7:30 sa posádka delí o raňajky v obytnom module, kde konzumuje produkty vyrobené na Mesiaci aj produkty prinesené zo Zeme, aby sa udržala vyvážená strava. Skupina dvoch astronautov potom dohliada na rover, ktorý ťaží regolit (aby z neho neskôr získal vodu), zatiaľ čo zvyšní dvaja astronauti sa starajú o záhradu nainštalovanú v skleníkovom module a monitorujú rast umelého mäsa.

O 9:00 opúšťajú základňu dvaja astronauti, aby vykonali údržbu roverov a infraštruktúry. Tá môže pozostávať z viacerých úloh, ako je čistenie niektorých prístrojov, overovanie výkonnosti generátorov alebo kontrola integrity potrubného systému. Ďalší dvaja astronauti zostávajú na základni a vykonávajú niektoré práce, aby zabezpečili pohodu posádky.

O 10:30 sa všetci astronauti zhromaždia v spoločenskom module, aby si zacvičili, pretože nízka gravitácia na povrchu Mesiaca môže oslabiť ich svaly. Po hodine cvičenia a tridsiatich minútach odpočinku sa naobedujú a môžu si pochutnať na jedle, ktoré vyrobili na základni.

O 13:00 sa posádka vydá von z tábora pozorovať hviezdy, ktoré sú vďaka absencii svetelného znečistenia dobre viditeľné. Pozorovania budú následne odoslané na Zem, kde ich vedci môžu podrobnejšie analyzovať. Počas zvyšku "popoludnia" astronauti zbierajú vzorky regolitu a analyzujú ich zloženie vo výskumnom module, overujú parametre, ako je koncentrácia vody, a vykonávajú rôzne ďalšie experimenty. Aj tieto výsledky sa približne o 18:30 odošlú na Zem, po čom astronauti dostanú voľný čas na odpočinok.

O 19:00 sa posádka zhromaždí v obytnom module a pripraví si program na ďalší deň. Potom sa o 20:00 navečerajú a majú hodinu na oddych, počas ktorej zvyčajne hrajú karty, počúvajú skvelú hudbu alebo čítajú knihy. Tento voľný čas je nevyhnutný na zabezpečenie ich duševnej pohody a zníženie stresu, ktorý sa hromadí pri živote vo vesmíre.

Zvyšok večera je potom venovaný hygiene a výmene so zemou. Astronauti idú spať okolo 22:30, aby sa vyspali do sýtosti a snívali o nesmiernom vesmíre a možnostiach, ktoré prináša zajtrajšok.

Ďalšie projekty:

  Truman

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Čína
  Tím Mliečnej cesty

 

  Zhengzhou University of ľahkého priemyslu
    Čína
  Stúpajúce vlny

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Čína
  moonfuture

 

  Shanghai Qingpu Senior High School
    Čína