Vår bas Cartier I försöker presentera en exakt modell för en realistisk månbosättning. Det första steget i vår strategi för denna utmaning var att lista alla problem som måste lösas. Vi fann följande: konstruktion, placering, livsviktiga behov (mat, vatten, luft), energi, säkerhet (strålning, värme, hälsobrister) och nytta. Det som gör att vår lösning utmärker sig är den stora utbyggbarhet, den enkla installationen och den autonomi som Cartier I skulle ha gjort det.

Den första expeditionen skulle ledas av fyra astronauter som skulle ta med sig alla byggmaterial.

• Under etableringsfasen (2-4 veckor för huvudstrukturer, 6-8 veckor för livsmedelsautonomi) kommer astronauterna att bygga basen (förklaras närmare nedan) och inrätta de viktigaste infrastrukturerna, t.ex. vattenutvinning och energiproduktion.
• När pionjärerna har bosatt sig och basen är självständig kan fler operationer utföras för att ytterligare utöka basen, som kan bli en storskalig bosättning som bebos av ett dussin astronauter åt gången, eftersom modulerna är särskilt utformade för att underlätta expansionen.

Vi har skapat en CAD-modell som visar de grundläggande konturerna av vårt månläger; den består av de fyra beboeliga modulerna och de flesta externa infrastrukturer (vattenutvinning/lagring och energiproduktion) som Cartier I skulle ha gjort under den första expeditionen. Schemat nedan förklarar i detalj konfigurationen av basen och alla enskilda moduler samt vatten- och elproduktionssystemen.

Vi har beslutat att placera bosättningen direkt på botten av en krater, vars väggar skulle fungera som ett effektivt solskydd (detta eliminerar också utmaningen med att transportera is). När det gäller valet av krater måste många kriterier uppfyllas: evig skugga på botten, stark och frekvent belysning på kanten och goda koncentrationer av vattenis. Andra fördelar kan vara kraterns storlek (vilket påverkar restiden), dess närhet till andra intressanta platser och dess orientering mot potentiellt outforskade områden i rymden.

Enligt uppgifter från Chandrayaan-1-expeditionen finns det mest vatten runt månens poler, och det är därför troligt att vår bas finns där. Bristen på exakta data för specifika kratrar hindrar oss från att ge ett definitivt svar, men potentiella kandidater är Shackleton-kratern (med toppar som är upplysta ~94% av året), Whipple-kratern (där ett tjockt islager förutses) eller Peary-kratern (som är ganska grund).

Vi planerar att använda raketens skrov som basens huvudskelett. När raketen når månens omloppsbana kommer den att delas upp i fyra sektioner som landar oberoende av varandra. Dessa fyra cylindriska sektioner kommer att utgöra de fyra moduler som astronauterna kommer att behöva under den första expeditionen: en boendemodul, en gemensam modul (och idrottsmodul), en växthusmodul och en forskningsmodul (se schematiska ritningar nedan).

Eftersom värmeinflödet från strålning kan ignoreras behövs endast värmeisolering för värmeförluster på grund av strålning (från underlaget - mot utsidan) och konduktion genom marken. Detta kan göras genom att använda isolering i flera lager - med Kapton eller Mylar - för att studsa tillbaka strålning och genom att förtjocka den del av skrovet som är i kontakt med marken. Man kan också tänka sig uppblåsbara moduler, förutsatt att deras bas i kontakt med marken också är gjord av tjockt isolerande material.

Genom att använda raketens ram kommer byggtiden att minskas drastiskt, eftersom den enda konstruktion som behövs är anslutningar mellan modulerna, yttre infrastrukturer och inredningsdetaljer. Infrastrukturen kommer att monteras med hjälp av små eller medelstora delar som byggs på jorden. Den låga gravitationen gör det lättare att bära de större delarna.

Kort efter ankomsten kommer teamet att resa till kraterns utsida för att installera solavledare och kommunikationsantenn. Detta kommer att vara en av de enda gångerna de behöver resa långa sträckor (förutom för tillfälligt underhåll), eftersom lägret i övrigt är kompakt.

De faror som astronauterna kan utsättas för kan delas in i tre kategorier.

För det första miljöfrågor: Som vi förklarat tidigare kommer den vanligtvis skadliga strålningen från rymden aldrig att nå astronauterna på botten av kratern, så detta problem kan elimineras. Meteoriter skulle däremot kunna nå lägret, men snabba beräkningar (med en jämförelse med den mängd som når jordens atmosfär) visar att sannolikheten för att en meteorit skadar en modul eller en astronaut är försumbar.

För det andra hälsobrister: astronauterna kommer bara att uppleva en sjättedel av jordens gravitation, vilket kommer att leda till muskelförlust. För att motverka detta kommer astronauterna att genomgå en daglig träningsrutin med maskiner som är anpassade för att fungera vid låg gravitation (elastiska band som drar ner personen, magnetiskt motstånd etc.).

För det tredje, tekniska problem eller olyckor. Alla moduler är förslutna med lufttäta dörrar och påverkas inte om en av dem går sönder. Parametrar som temperatur och luftsammansättning övervakas ständigt för att förhindra olyckor.

Under bosättningsfasen kommer astronauterna att förlita sig på ett litet vattenförråd från jorden. När de väl har installerat de viktigaste infrastrukturerna kommer vattnet att utvinnas ur regoliten i en trestegsprocess.
Det första steget är utgrävningen: en rover gräver ut bitar av regolit och för dem till en värmekammare.
Det andra steget är extraktion: Med hjälp av solenergi värms kammaren upp till cirka 600 K, vilket tvingar vattnet att sublimeras och bygga upp trycket i tanken.
Det tredje och sista steget är transporten: efter att ha passerat genom en turbin (se avsnittet om elektricitet) kondenseras vattenångan i ett rörsystem som leder till vattencisternen. En regulator övervakar vattnets renhet för att se till att det är drickbart; vid behov kan det renas ytterligare.
För att undvika slöseri kommer vatten att återvinnas på samma sätt som på ISS: från astronauters och växters transpiration, urin, dusch och diskbänksavlopp.

Livsmedlen kommer att produceras i växthusmodulen (se schematisk bild nedan).
Grönsaker kommer att produceras i aeroponiska och hydroponiska system som använder näringsberikat vatten (näringsämnen kan syntetiseras från extraherad KREEP eller koncentrerade leveranser från jorden). I det aeroponiska systemet sprutas växternas rötter med en dimma som innehåller alla de näringsämnen som de behöver; i hydroponik badar rötternas spets i lösningen (Rockwool eller perlite kan användas som odlingssubstrat). Växterna väljs med hänsyn till avkastning, växttid och näringsvärde (snabbväxande växter är till exempel grönkål, bönor, sallad, tomater, bär osv.) De kommer att växa i en kontrollerad miljö för att få den idealiska ljusintensiteten/våglängden och temperaturen.
Konstgjort kött kommer att "odlas" genom att stamceller badar i ett näringsmedium för att skapa proteiner.
Andra icke-förstörbara livsmedel kommer att hämtas från jorden i tillräckliga mängder.

Under uppbyggnadsfasen kommer basen att drivas av en radioisotopisk termoelektrisk generator, som kommer att kasseras på säkert avstånd från basen när den inte längre behövs.
El kommer sedan att produceras tillsammans med vattnet i ett CSP-system (Concentrated Solar Power):
Reflektorer med två axlar kommer att placeras på toppar utanför kratern och reflektera solljuset mot samma punkt nära lägret. Den värmekammare som placeras där kommer att producera högtrycksånga, som kommer att gå genom en turbin och snurra runt dess blad. Denna snurrande rörelse kommer att omvandlas till elektricitet av en generator (förklaras i en schematisk bild nedan).
Solpaneler skulle också kunna användas som ett alternativ för att minska systemets komplexitet, men det skulle minska avkastningen (endast ~20% effektivitet mot ~50% effektivitet för turbiner) och kräva en större yta.

När det gäller andning finns det två viktiga processer som måste utföras: bildandet av O2 och borttagning av CO2. Det kväve (80% luft) som behövs kan hämtas från jorden och förbrukas inte eftersom det är en inert gas.
Syre framställs genom elektrolys av vatten. Genom att tillämpa en spänningsskillnad på två elektroder kan vi dela H20-molekylerna och skapa väte och syre (en elektrolyt måste tillsättas för att öka vattnets ledningsförmåga). Vätet kan lagras och senare användas som raketbränsle.
Koldioxidrening kan ske med hjälp av litiumhydroxid (LiOH), som reagerar med koldioxid och producerar vatten, eller med hjälp av mager amin (MEA), som absorberar koldioxid och blir rik MEA (som sedan kan kokas för att bli av med koldioxid, vilket gör den mager igen).
Under sedimenteringsfasen och om det uppstår problem med elektrolysprocessen används syrgasljus för att hålla O2-nivåerna på en stabil nivå på 20%.

Först och främst, Cartier ISyftet kommer att vara vetenskapligt. Lägret kommer att göra det möjligt för astronauterna att utföra experiment och forskning som inte kan göras på jorden, t.ex. hur olika föremål beter sig i låg gravitation eller i tomrummet. Det kommer också att bli ett gyllene tillfälle att på djupet analysera sammansättningen av regolit i månkratrar. Lägret kommer också att ha betydelse för astrofysiken: dess utsiktspunkt kommer att göra det möjligt för astronauterna att observera stjärnor som inte kan ses från jorden.

Vårt månläger kommer också att fungera som en vägvisare för rymdkolonisation. Rymdskepp kommer nämligen att kunna tanka vätgasen som skapas genom elektrolys, vilket till exempel skulle kunna underlätta en resa till Mars.

I en möjlig framtid skulle basen också kunna ha ett mer lukrativt mål, till exempel att sälja sällsynta jordartsmetaller som lätt kan hittas på månen eller att utveckla rymdturism.

Astronauterna vaknar klockan 7.00 och har en halvtimme på sig att ägna sig åt hygien och personliga intressen.

Klockan 7.30 äter besättningen frukost i Living Module, där de äter både produkter som producerats på månen och produkter som tagits med från jorden för att få en balanserad kost. En grupp på två astronauter övervakar sedan rovern när den extraherar regolit (för att senare utvinna dess vatten) medan de återstående två astronauterna tar hand om trädgården som installerats i växthusmodulen och övervakar tillväxten av det konstgjorda köttet.

Klockan 9.00 lämnar två av astronauterna basen för att underhålla rovers och infrastruktur. Detta kan bestå av flera olika uppgifter, t.ex. rengöring av några av instrumenten, kontroll av generatorernas produktivitet eller kontroll av rörsystemets integritet. De andra två astronauterna stannar kvar på basen för att utföra vissa sysslor för att garantera besättningens välbefinnande.

Klockan 10.30 samlas alla astronauter i den gemensamma modulen för att göra några övningar eftersom den låga gravitationen på månens yta kan försvaga deras muskler. Efter en timmes träning och trettio minuters vila äter de lunch och kan njuta av den mat som de producerat i basen.

Klockan 13.00 går besättningen ut ur lägret för att observera stjärnorna, som är tydligt synliga tack vare att det inte finns några ljusföroreningar. Observationerna kommer sedan att skickas till jorden där forskare kan analysera dem mer ingående. Under resten av "eftermiddagen" samlar astronauterna in prover av regolit och analyserar deras sammansättning i forskningsmodulen, för att verifiera parametrar som vattenkoncentration och utföra olika andra experiment. Dessa resultat skickas också till jorden runt 18.30, varefter astronauterna får lite fritid för att vila.

Klockan 19:00 samlas besättningen i vardagsrumsmodulen och förbereder nästa dags schema. Därefter äter de middag kl. 20.00 och har en timme på fritiden, under vilken de vanligtvis spelar kort, lyssnar på bra musik eller läser böcker. Denna fritid är viktig för att säkerställa deras mentala välbefinnande och minska den stress som ackumuleras när man bor i rymden.

Resten av kvällen ägnas åt hygien och utbyte med jorden. Astronauterna går till sängs runt 22.30 för att få en hel natts sömn och drömma om rymdens oändlighet och de möjligheter som morgondagen erbjuder.