月亮营地

Moon Camp Pioneers画廊 2021-2022年

在Moon Camp Pioneers中,每个团队的任务是使用Fusion 360三维设计一个完整的月球营地。他们还必须解释他们将如何利用当地资源,保护宇航员免受太空的危险,并描述生活和工作设施。

Team: LunarX

金斯顿学院  泰晤士河畔的金斯敦    英国 15, 17   4 / 0


3D项目的外部查看器

项目描述

我们的月球营地项目的主要科学重点是利用月球上的资源来维持人类的存在,同时进行两个主要的实验:1.)植物在低重力环境中的生长;2.)研究月球岩石的机械性能。我们的基地有能力进一步发展,以容纳可持续的住宅和旅游定居点。 

 

我们的基地建设是通过ISRU实现的,利用月球上的雷石为宇航员遮挡入射的太阳辐射,并提供结构加固。基地的设计是通过3D打印制作的,在人类到达之前由一个小型的机器人舰队进行。使用ISRU是因为它比将材料从地球运到月球更经济有效。然后,这可以作为进一步探索月球的一个门户。我们的月球营地由两部分组成,其中一部分是地面站,容纳控制模块(CM)、车辆存储模块(VSM)和居住模块(HM)。第二部分,位于地下15米,是我们的RTG的储存地,用于在月球周期的黑暗时期提供备用电源,以及额外的食品供应和我们的一个实验。

 

我们的任务由几个周期组成,每一个新的周期都会在基地增加四名工作人员。在实验1中,月岩被运送到我们的月岩处理单元(LRPU),在那里分析其作为燃料、氧气、水、电传导和植物生长的养分来源的适宜性。然后,水冰被分成氧气和氢气,甲烷和二氧化碳则是废物。在实验2中,我们想研究低重力和氧气浓度对植物生长的影响;这项研究将对未来的月球和火星长期任务有好处,因为宇航员将需要自给自足地生产食物。 

2.1 你想在哪里建造你的月球营?

我们已经决定将我们的月球营地基地设在靠近月球北极的皮里火山口边缘。由于月球的轴向倾斜度较小,这个地方几乎可以接受整个月球日的阳光,使其成为太阳能发电的理想场所。除此以外,边缘附近的温度变化也比较小,减少了我们基地的建设成本。与边缘相反,火山口的深处温度低,阳光照射少,但是它们含有大量的水冰,可以融化成水喝,或者电解成氢气和氧气。这两种元素对我们的火箭来说都是有用的推进剂,而氧气尤其对维持人类在月球基地的生活和活动至关重要。这些资源的临近有助于减少其运输成本,并允许有更多的时间进行研究。

2.2 你打算如何建造你的月球营?描述一下技术、材料和你的设计选择。

我们基地的建设将分两个阶段进行。第一阶段将是为我们的地下模块(UGM)挖掘地基,使用3D打印工艺,由小型自主机器人舰队领导挖掘。这些模块是我们的备用RTG和练习室;RTG将提供初始电力,以促进居住模块(HM)的进一步建设。这将有助于最大限度地减少对任务的干扰,因为宇航员可以直接从轨道通信模块(OCM)移动到(HM)。然而,在整体结构的建设即将完成的同时,宇航员将抵达基地,完成它的建设。安装与地球的通信服务,以及科学实验的设备将是宇航员的首要任务。在建造之前和建造期间,将使用火箭和中继系统来运输资源。在提取氦3和稀有金属后,月球基地可以建立一个贸易网络来创造收入,使基地在经济上独立。我们将尝试优先使用具有适当特性的当地材料以降低成本。例如,基地的地基可以用月球雷石建造。通过将其与水混合,这种硫磺混凝土具有比水泥混凝土更高的抗拉强度和年轻模量,使我们的基地更加坚固。此外,我们基地的布局是紧凑的,为了功能而牺牲了美学,这反映在我们选择了一个圆顶形状,它提供了更大的强度、施工速度和建筑效率。

2.3 月球上的环境对宇航员是非常危险的。解释一下你的月球营将如何保护他们。(最多150字)

月球营将主要使用月球岩石制成的混凝土来建造,特定部件(如防爆门或电梯井)使用铝。铝是一种很好的建筑材料,因为它的杨氏模量和压缩强度很高,而且重量很轻。我们的基地大部分是由月球建造的,因为它具有高度的通用性,可以用于项目的多个领域,帮助保护我们的宇航员。

1.)保护营地免受太阳辐射的涂层

2.) 陨石的撞击保护

3.) 基地的结构加固(使用太空工厂通过NASA资助获得专利的AI 3D打印方法)

 此外,敏感设备如心率监测器和RTG都位于UGM内,以防止任何辐射对敏感设备如心率监测器和RTG的不利影响。为了进一步减少对宇航员的健康风险,通过环状体产生的局部磁场(LMF)将环绕基地。环状体中的超音速等离子体流将产生磁线圈,在HM和CM周围形成一个磁泡,偏转潜在的危险电离粒子。 

2.4 解释一下你的月球营将如何为宇航员提供。

食品
权力
空气

水是我们宇航员生存的基本资源,也是通过电解提取氧气和氢气作为燃料的研究。由于我们的基地将作为一个跳板,根据NASA和欧空局的长期目标,通过反向电解获得和生产水将是持续行星探索的关键。在月球岩石或表面有大量冰的区域(如我们基地的位置)是提取水的理想场所。冰可以融化和处理,成为可饮用水。还将有一个与基地结合的回收系统,使基地的生命支持尽可能的封闭循环;使重要的水和氧气的浪费减少。水在保护我们温室中的植物方面也起着关键作用,这些植物是宇航员的食物来源,也是改善精神健康的丰富活动。

最初,这需要在建设时期从地球上出口。将会有进一步的任务,把食物从地球运到月球。所有的食物将被储存在UGM,并可以使用我们的电梯运送到HM和CM。根据我们的任务目标之一,即在月球上形成一个自给自足的基地,食物最终将在月球上的温室里种植,以增加月球基地的独立性,并减少长途运输的高成本。宇航员可以享用的食物种类将包括从沙拉到肉和鱼的菜肴,大部分易腐烂的食物将被预先包装,以延长其消费寿命。调查植物、水果和蔬菜如何在低重力环境下生长也将是我们感兴趣的。

这将来自于一系列的来源。很大一部分能源将来自太阳,使用单晶硅太阳能电池板,因为太阳能农场的位置将有近乎恒定的阳光。热电飞轮将通过利用月球上的温度变化作为补充。此外,有可能在月球基地的基础设施上覆盖压电材料,以及定期被月球车碾压的路面,以将与颗粒物撞击的机械应力转化为电流,同时作为额外的保护层。RTG在紧急情况下或在需求高峰期提供备用电源。根据基地的长期规模和需求,典型的电力需求估计从100千瓦时到10兆瓦时不等,因此拥有尽可能多样化的能源对于在月球上的持续存在至关重要。

最初,氧气将通过与OCM连接的运输车从地球运到月球,然后我们的月球着陆器将向基地供应这些氧气。月球表面的冰可以被融化和电解以产生氧气,补充这种外部供应。我们还将探索利用在温室中培养的蓝细菌以及基于最近研究的合成微生物进行光合作用的潜力,从而回收宇航员有氧呼吸释放的二氧化碳并产生更多的氧气。为了进一步加强这一点,我们正在考虑使用美国宇航局MOXIE的升级版,它可以通过电解二氧化碳产生可呼吸的空气。任何多余的空气将被储存起来,用于EVA或紧急情况。使用微生物和MOXIE(升级版)的上述两项技术最终将允许建立一个不依赖地球氧气补给的基地。为了限制空气向周围环境的流失,在HM和CM中采用了铝制的气密防爆门。

2.5 解释一下你的月亮营的主要目的是什么。

月球营的总体目的是建立一个适合宇航员居住的区域,以进行科学调查,包括月球重力和条件对人体解剖学的影响,以及月球岩石的材料特性,特别是作为建筑材料和潜在的电导体。然后,这可以发展成一个更大的居住区,供子孙后代使用,并有可能从地球上的游客那里获得经济利益,他们可以参观月球基地。此外,我们设想我们的基地将成为未来前往火星和其他地方的任务的垫脚石,利用从月球发射的低成本,以及更短的平均旅行时间和更灵活的发射窗口。简而言之,我们的基地将。

  1. 进行实验,加强我们对低重力对人体解剖学的影响和月球岩石的材料特性的理解。
  2. 自给自足,以支持人类在其他世界的存在不断扩大
  3. 在目前的机器人火星任务和最终人类在火星表面的存在之间架起桥梁。 
3.1 描述一下你的月球营宇航员团队在月球上的一天。

宇航员们将在早晨6点醒来,并执行例行任务。 早餐,以及他们的其他膳食,将使用基地内种植的食物以及从地球上运来的食物来提供。上午,我们这组四名宇航员将被分成两组,做实验。第一组将从EVA带回月球石,并进行实验,测试它们的特性,如它们的抗拉强度,以及它们是否可以用于防辐射或导电。第二组将在温室中工作,监督合成和人工微生物的培养以及植物的生长。这将包括调查可食用食物的供应,种植农作物和植物的最佳条件,以及使用月球材料来帮助这些。这两个小组将轮流做实验,因为这将使他们所有人都能对整个基地的运作有一个全面的了解。结果将在下午的分析会议上记录下来。

 

两个小组都将回到基地吃午饭。在午餐时间,他们将与地球地面控制中心进行视频通话。在这次特殊的视频通话中,他们将推迟氧气和食物的补给,因为基地终于设法通过温室自给自足地生产食物。 午餐后,宇航员们将通过阻力训练和在跑步机上跑步来保持身体健康。测量他们的健康状况,如心率、肺活量和血压,作为他们第二个实验的一部分,以评估低重力环境对人体解剖结构的长期影响。他们预计结果将显示,随着时间的推移,骨骼成分会恶化,同时肌肉会萎缩;然后,这些数据可用于设计进一步的登月任务,以尽量减少这种不利的健康影响,如通过离心机栖息地人工诱导重力。午餐后,宇航员分析了月球岩石实验的结果,注意到电导率和热膨胀;然后将这些数据传送到地球地面控制中心作进一步分析。在这之后,宇航员们在CM进行团队建设活动,以保持良好的沟通和协作能力;在像这样的长期任务期间,保持船员内部的良好关系非常重要。晚餐后,他们与地球上的亲人交谈。为了保持良好的心理健康,他们在执行长期任务时能够处理好思乡之情是至关重要的。

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