moon_camp

Moon Camp Pioneers Galleri 2021-2022

I Moon Camp Pioneers ska varje lag 3D-designa ett komplett Moon Camp med hjälp av Fusion 360. De måste också förklara hur de kommer att använda lokala resurser, skydda astronauterna från farorna i rymden och beskriva bostads- och arbetsutrymmena.

Team: LunarX

Kingston Academy  Kingston upon Thames    Storbritannien 15, 17   4 / 0


Extern visare för 3d-projekt

Beskrivning av projektet

Vårt Moon Camp-projekt har ett stort vetenskapligt fokus på att utnyttja resurserna på månen för att upprätthålla mänsklig närvaro, samtidigt som vi genomför två huvudexperiment: 1.) växttillväxt i en miljö med lågt g och 2.) undersökning av de mekaniska egenskaperna hos månens regolit. Vår bas kan utvecklas ytterligare för att hysa hållbara bostads- och turistanläggningar. 

 

Byggandet av vår bas sker genom ISRU, med hjälp av månregolit som skyddar astronauterna från solstrålning och ger dem strukturell förstärkning. Baskonstruktionen tillverkas med hjälp av 3D-utskrift och utförs av en liten flotta av robotar före människans ankomst. ISRU används eftersom det är mer ekonomiskt effektivt än att transportera material från jorden till månen. Detta kan sedan fungera som en inkörsport för ytterligare utforskning av månen. Vårt månläger består av två sektioner, varav den ena är en station på marknivå som rymmer kontrollmodul (CM), fordonsförvaringsmodul (VSM) och bostadsmodul (HM). I den andra sektionen, som ligger 15 meter under jorden, förvaras våra RTG:er för reservkraft under mörka perioder i måncykeln, samt ytterligare matförråd och ett av våra experiment.

 

Vårt uppdrag består av cykler, och varje ny cykel innebär att ytterligare fyra besättningsmedlemmar kommer till basen. I experiment 1 transporteras regolit till våra LRPU-enheter (Lunar Regolith Processing Units), där dess lämplighet som källa till bränsle, syre, vatten, elektrisk ledning och näringsämnen för växttillväxt analyseras. Därefter delas vattenisen till syre och väte med metan och koldioxid som avfallsprodukter. I experiment 2 vill vi undersöka effekterna av låg gravitation och syrekoncentration på växttillväxten. Denna forskning kommer att ha fördelar för framtida långtidsuppdrag till månen och mars där astronauter kommer att behöva producera mat på egen hand. 

2.1 Var vill du bygga ditt Moon Camp?

Vi har bestämt oss för att placera vår månlägerbas vid Peary-kraterns kant nära månens nordpol. På grund av månens lilla axiella lutning kan denna plats få solljus under nästan en hel måndag, vilket gör den idealisk för produktion av solenergi. Dessutom är temperaturvariationerna i närheten av kanten mindre och minskar kostnaderna för byggandet av vår bas. I motsats till randen har kraterns djup låga temperaturer och liten exponering för solljus, men de innehåller stora mängder vattenis som kan smältas för att få vatten att dricka eller elektrolyseras för att få vätgas och syre. Båda elementen är användbara som drivmedel för våra raketer, medan syre i synnerhet är viktigt för att upprätthålla mänskligt liv och aktiviteter i månbasen. Närheten till dessa resurser bidrar till att minska transportkostnaderna och gör det möjligt att ägna mer tid åt forskning.

2.2 Hur planerar du att bygga ditt Moon Camp? Beskriv tekniker, material och dina val av design.

Byggandet av vår bas kommer att ske i två etapper. Det första steget kommer att vara att gräva grunden för våra underjordiska moduler (UGM) med hjälp av en 3D-utskriftsprocess och grävning som leds av en liten flotta av autonoma robotar. I dessa moduler finns våra reserv-RTG:er och träningsrum. RTG:erna kommer att ge den första strömmen för att underlätta det fortsatta byggandet av bostadsmodulerna (HM). Detta kommer att bidra till att minimera avbrott i uppdraget eftersom astronauterna kan flytta direkt från den orbitala kommunikationsmodulen (OCM) till bostadsmodulen (HM). Medan byggandet av den övergripande strukturen slutförs kommer astronauterna att anlända till basen för att slutföra byggandet. Astronauterna kommer att prioritera installation av kommunikationstjänster med jorden och utrustning för vetenskapliga experiment. Resurser kommer att transporteras med hjälp av raketer och ett reläsystem före och under byggperioden. Efter utvinning av helium 3 och sällsynta metaller kan månbasen upprätta ett handelsnätverk för att generera inkomster, vilket gör basen ekonomiskt oberoende. Vi kommer att försöka prioritera användningen av lokala material som har lämpliga egenskaper för att minska kostnaderna. Basernas fundament kan till exempel byggas av månregolit. Genom att blanda den med vatten har denna svavelbetong en högre draghållfasthet och Young-modul än cementbetong, vilket gör vår bas ännu stabilare. Dessutom är vår bas kompakt, och vi offrar estetik för funktionalitet, vilket återspeglas i vårt val av en kupolform som ger större styrka, snabbare konstruktion och arkitektonisk effektivitet.

2.3 Miljön på månen är mycket farlig för astronauterna. Förklara hur ert månläger kommer att skydda dem. (högst 150 ord)

Månlägret kommer huvudsakligen att byggas av betong från månens regolit, med vissa komponenter (t.ex. sprängningsdörrar och hisschakt) av aluminium. Aluminium är ett utmärkt material för konstruktion på grund av sin höga Young-modul och tryckhållfasthet samt sin låga vikt. Större delen av vår bas är konstruerad av månmaterial eftersom det är mycket mångsidigt och kan användas på flera områden i projektet för att skydda våra astronauter:

1.) Beläggning för att skydda lägret mot solstrålning

2.) skydd mot nedslag från meteoriter

3.) Strukturell förstärkning av basen (med hjälp av AI 3D-utskriftsmetod som patenterats av Space Factory med hjälp av NASA-finansiering).

 Dessutom är känslig utrustning, t.ex. hjärtfrekvensmätare och RTG:er, placerad i UGM för att förhindra skadliga effekter av strålning på känslig utrustning, t.ex. hjärtfrekvensmätare och RTG:er. För att ytterligare minimera hälsoriskerna för våra astronauter kommer lokaliserade magnetfält (LMF) som produceras via torusar att omge basen. Flödet av överljudsplasma i torusen kommer att skapa magnetiska spolar som skapar en magnetisk bubbla runt HM och CM och avleder potentiellt farliga joniserade partiklar. 

2.4 Förklara hur ert månläger kommer att förse astronauterna med:

Vatten
Livsmedel
Effekt
Luft

Vatten är en grundläggande resurs både för våra astronauters överlevnad och för forskning om att utvinna syre och väte till bränsle genom elektrolys. Eftersom vår bas kommer att fungera som en språngbräda för ytterligare uppdrag till Mars i linje med NASA:s och ESA:s långsiktiga mål, kommer anskaffning och produktion av vatten genom omvänd elektrolys att vara av största vikt för en hållbar utforskning av planeten. Regioner (som platsen för vår bas) med rikligt med is i månens regolit eller yta är idealiska för utvinning av vatten. Is kan smältas och behandlas för att bli drickbar. Det kommer också att finnas ett återvinningssystem integrerat i basen för att göra basens livsuppehållande system till en så sluten cykel som möjligt, vilket gör det möjligt att minska slöseriet med livsviktigt vatten och syre. Vatten spelar också en viktig roll för att bevara växtlivet i vårt växthus som fungerar som en källa till mat för astronauterna och en berikande aktivitet för att förbättra den mentala hälsan.

Till en början måste detta exporteras från jorden under byggperioderna. Det kommer att finnas ytterligare uppdrag för att transportera livsmedel från jorden till månen. All mat kommer att lagras i UGM och kan levereras till HM och CM med hjälp av vår hiss. I linje med ett av våra uppdragsmål att bilda en självförsörjande bas på månen kommer maten så småningom att odlas på månen i vårt växthus för att öka månbasens oberoende och minska de höga kostnaderna för långväga transporter. Astronauterna kommer att kunna njuta av allt från sallader till kött- och fiskrätter, och majoriteten av de lättförstörbara livsmedlen kommer att vara färdigförpackade för att förlänga deras livslängd.

Detta kommer att komma från en rad olika källor. En stor del av energin kommer att komma från solen med hjälp av monokristallina solpaneler, eftersom solcellsparken kommer att ha nästan konstant solljus på de platser där den ligger. Termioniska svänghjul kommer att fungera som ett komplement genom att utnyttja temperaturvariationen på månen. Dessutom finns det möjligheter att täcka månbasens infrastruktur med piezoelektriska material, liksom vägbanan som regelbundet kommer att bli överkörd av LR, för att omvandla mekanisk stress från slagkraften från partiklarna till elektrisk ström, samtidigt som det fungerar som ett extra skyddslager. RTG:erna ger reservkraft i nödfall eller vid toppbelastning. Uppskattningar av typiska energibehov varierar från 100kwh till 10MWh beroende på basens långsiktiga storlek och krav, så det är viktigt att ha en så varierande energikälla som möjligt för att kunna vara kvar på månen.

Till en början kommer syre att transporteras från jorden till månen med hjälp av transportfordon som ansluts till OCM, och sedan kommer vår månlandare att leverera syre till basen. Isen från månens yta kan smältas och elektrolyseras för att producera syre, vilket kompletterar denna externa tillförsel. Vi kommer också att undersöka möjligheterna att använda cyanobakterier som odlats i växthuset, tillsammans med syntetiska mikrober baserade på ny forskning, för att fotosyntetisera och på så sätt återvinna den koldioxid som frigörs genom astronauternas aeroba andning och producera mer syre. För att ytterligare öka detta överväger vi att använda en uppskalad version av NASA:s MOXIE som kan producera andningsluft genom elektrolys av koldioxid. Eventuell överskottsluft kommer att lagras för EVA:s eller nödsituationer. De två ovan nämnda teknikerna med mikrober och MOXIE (uppskalad) kommer så småningom att möjliggöra en bas som inte är beroende av syretillförsel från jorden. För att begränsa förlusten av luft till omgivningen finns lufttäta sprängningsdörrar av aluminium i HM och CM.

2.5 Förklara vad som skulle vara huvudsyftet med ditt Moon Camp.

Det övergripande syftet med månlägret är att skapa ett beboeligt område där astronauterna kan utföra vetenskapliga undersökningar, bland annat om effekterna av månens gravitation och förhållanden på människans anatomi och om materialegenskaperna hos månens regolit, särskilt som byggmaterial och potentiell ledare av elektricitet. Detta kan sedan utvecklas till ett större bostadsområde för framtida generationer och eventuellt ge ekonomiska fördelar genom att turister från jorden kan besöka månbasen. Dessutom ser vi vår bas som en språngbräda för framtida uppdrag till Mars och vidare genom att dra nytta av de lägre uppskjutningskostnaderna från månen, tillsammans med en kortare genomsnittlig restid och större flexibilitet när det gäller uppskjutningsfönster. Sammanfattningsvis kommer vår bas att:

  1. Genomföra experiment som ökar vår förståelse för effekterna av låg g på människans anatomi och materialegenskaperna hos månens regolit.
  2. Vara självförsörjande, för att stödja en växande expansion av mänsklig närvaro i andra världar.
  3. Överbryggar klyftan mellan nuvarande robotuppdrag till Mars och mänsklig närvaro på Marsytan. 
3.1 Beskriv en dag på månen för din astronautbesättning på Moon Camp.

Astronauterna kommer att vakna klockan 6 på morgonen och utföra rutinmässiga uppgifter. Frukost och övriga måltider kommer att tillhandahållas med hjälp av mat som odlas på basen och med hjälp av livsmedel som transporteras från jorden. På morgonen kommer vår grupp på fyra astronauter att delas upp i två grupper och göra experiment. Grupp 1 kommer att ta med sig regolit från EVA och utföra experiment för att testa dess egenskaper, t.ex. draghållfasthet och om det kan användas som skydd mot strålning eller för att leda elektricitet. Grupp 2 kommer att arbeta i växthuset för att övervaka odlingen av syntetiska och konstgjorda mikrober och växternas tillväxt. Detta kommer att innefatta undersökningar om tillgången på ätbara livsmedel, de optimala förhållandena för att odla grödor och växter och användningen av månmaterial för att underlätta detta. De två grupperna kommer att utföra experimenten i turordning eftersom detta kommer att göra det möjligt för alla att få en grundlig förståelse för hela basens funktion. Resultaten kommer att registreras inför analyserna på eftermiddagen.

 

Båda grupperna kommer tillbaka till basen för lunch. Under lunchen kommer de att ha ett videosamtal med jordkontrollen. I detta videosamtal kommer de att skjuta upp återförsörjningen av syre och mat eftersom basen äntligen har lyckats producera självförsörjande mat via växthuset. Efter lunch kommer astronauterna att upprätthålla sin fysiska kondition genom att träna motståndsträning och springa på ett löpband. Mätningar av deras hälsotillstånd, t.ex. hjärtfrekvens, lungkapacitet och blodtryck, görs som en del av deras andra experiment för att utvärdera långtidseffekterna av låga g-miljöer på människans anatomi. De förväntar sig att resultaten kommer att visa en försämring av benens sammansättning med tiden, tillsammans med muskelatrofi. Dessa uppgifter kan sedan användas vid utformningen av uppdrag för ytterligare månuppdrag som minimerar sådana negativa hälsoeffekter, t.ex. artificiellt framkallad gravitation genom centrifugerade livsmiljöer. Efter lunch analyserar astronauterna resultaten från månregolitexperimentet och noterar den elektriska ledningsförmågan och den termiska värmeutvidgningen. Efter detta deltar astronauterna i teambuildingaktiviteter i CM för att upprätthålla goda kommunikations- och samarbetsförmågor; det är viktigt att upprätthålla goda relationer inom besättningen under långa uppdragsperioder som denna. Efter middagen samtalar de med sina nära och kära på jorden. För att bibehålla en god psykisk hälsa är det viktigt att de kan hantera hemlängtan medan de är på det långvariga uppdraget.

Andra projekt:

  Gipsy Danger

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Kina
  Selene

 

  郑州轻工业大学附属中学
    Kina
  vintergröna

 

  营口理工学院
    Kina
  NormiX

 

  Zespół Szkół Ogólnokształcacych i Technicznych w Sompolnie
    Polen