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Moon Camp Pioneers 2022 - 2023年项目画廊

 

在Moon Camp Pioneers中,每个团队的任务是使用他们选择的软件3D设计一个完整的月球营。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危险,并描述他们月球营地的生活和工作设施。

PETRALONA

杜卡斯学校(DOUKAS SCHOOL  Marousi-ATHENS    希腊 15   2 / 0 英语
三维设计软件:Fusion 360



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1.1 - 项目描述

我们的任务是在月球熔岩管中安装一个营地,以遵守联合国月球协议的规定。营地的名称是"佩特拉罗纳(PETRALONA)",这是欧洲史前人类使用的最古老的洞穴之一。

阶段1-准备工作。最初,围绕月球的轨道飞行器(可能是Gateway)将提供一个基地,供乘员乘坐加压漫游车到月球表面进行为期数周的旅行,以便准备月球表面和地下的详细地图。一个机器人探测器将探索马略山管的入口、墙壁和隧道,以了解是否适合人类居住,是否存在冰,并发展物流。

阶段2-基地安置。使用阿丽亚娜6号火箭的三次无人货运飞行和使用欧空局可回收航天器的一次载人飞行将准备熔岩管并建立主要系统:电梯、加压栖息地、能源、通信和生命供应系统。

阶段3- 自给自足的营地。在原地制造和组装栖息地和基础设施建设。原地生命支持和发电、雷公岩开采、氧气提取、水生产、太阳能板和其他发电厂、温室和燃料生产。将在亚里士多德高原建立一个远程控制的机器人种植园,用于提取冰和挥发性元素(N、H、C),一条300公里长的管道将连接到我们的营地。

第4阶段:基地扩建。原地制造和修复。月球探索和实验。深空探索,支持火星旅行和商业活动。

1.2 - 你为什么要建造一个月球营?解释你的月球营的主要目的(例如,科学、商业和/或旅游目的)。

建立第一个地外人类定居点,作为扩大人类在太阳系活动的第一步,特别是作为前往火星的中间站。它将作为一个长期的实验,研究在远离地球的另一个生活条件不友好的星球上永久居住的问题。这是一个奇妙的机会,可以在真实的情况下尝试新技术,这种尝试的物流,宇航员的医疗和心理问题。月球为物理学、化学、生物学、地质学和社会学的实验提供了一个独特的科学实验室,这些实验不能在地球上进行,涉及地球和月球的起源,我们对天基威胁的保护,以及用新望远镜进行先进的深空观测。此外,月球有价值的资源开采(包括稀土金属、新矿物和氦-3),可销售的空间产品的制造和旅游业将推动技术发展,促进经济增长,并创造有益的就业前景。

2.1 - 你想在哪里建造你的月球营?解释一下你的选择。

在坐标14.2°N,303.3°E的马里乌斯山地区的一个带天窗(58×49米,40米深),屋顶厚度为20-25米的洞穴管。这样一个栖息地将完全避免辐射、极端温度变化、陨石轰击、静电和雷公石灰尘。避免极地的极低温度将节省几乎30%的所需电力。因此,与地表栖息地相比,大量减少重量、复杂性、特殊协议和屏蔽是可行的,扩大了科学任务的目标和持续时间,允许更多的船员(在常规条件下工作和改善心理)和更多的有效载荷质量为科学目的登陆。赤道是最容易着陆的地点,并与地球保持沟通,尽管月球之夜对电力是一个挑战。附近马里亚的成熟土壤富含金属。水(>500-700 ppm)、N、H和C资源作为火成岩沉积物在亚里士多德高原上非常重要。最近的数据显示,在撞击的玻璃珠中储存着广泛的水的丰度。

2.2 - 你打算如何建造你的月球营地?考虑你如何利用月球的自然资源,以及你需要从地球带来哪些材料。描述一下技术、材料和你的设计选择。

在准备过程中,将携带地面材料,包括可自行部署的庇护所、氧气和水的生产/回收装置、一个月的食物、太阳能电池板和夜间用的充电电池、气闸模块、铝、碳纤维、采矿起重机、两个机器人漫游器、天线、3D打印机、宇航服、少量的氧气、氮气和氢气。

在平整隧道地面后,选定的部分将通过防渗密封天窗,然后在两侧用气密墙挡住下面的流明,从而屏蔽掉表面。在屋顶上打开的窗子将用氧化铝的透明陶瓷进行屏蔽,以获得自然照明,同时用发出可见光和红外线、UV-A和UV-B光的灯来更好地模仿太阳光。将创建一个充满1个大气压的可呼吸空气的增压区。

永久的栖息地将用雷公石模型和使用月球土壤的3D打印来建造。 佩特拉罗纳营地 由一个中央塔楼组成,其中包括一部重载电梯和一部人员电梯,从隧道地面开始,通过屏蔽天窗扩展到月球表面,成为一个圆顶结构,由2米厚的雷石盖板保护,并有陶瓷窗。它是船员和车辆通过气闸模块的主要入口。漫游者也可以在那里进行气密停靠。在表面上还有发射台、太阳能板和一个带有火箭的保护壳,用于紧急逃生。

采用简单、低成本的正交设计的居住区将由耐用的轻质材料制成,通过气闸模块连接在一起,并使塔的底部与地面平行。其中包括一个共同的休闲和活动区,每个人的私人房间(因为个人空间的需求是最重要的),一个控制和通信中心,实验室,医疗设施,温室,回收系统的建筑,雷石处理,电解器,能源储存,维修车库和仓库。

从地表到隧道地面的斜坡将是一个替代的通道。在墙外的隧道中,将有燃料罐、核电站和古岩矿。

2.3 - 你的月球营地如何保护并为你的宇航员提供庇护以抵御月球的恶劣环境?

在月球表面,灰尘、太阳风和极地火山口中数百伏的静电,以及127摄氏度和零下173摄氏度之间的极端交替温度将磨损船员、电子设备、太阳能电池板和其他机器的健康。如果在熔岩管内建造一个月球基地,将产生巨大的操作、技术和经济效益。我们的营地将与地表环境紧密隔离,以便在内部提供适合居住的环境,其温度稳定在17摄氏度左右,而月球表面的温度则日夜波动很大。此外,整个内部前哨将充满可呼吸的空气,压力为1个大气压,并通过管道与富含水和挥发性物质的地区连接。所选择的熔岩管的顶部几乎是25米,因此它提供了绝对的保护,以防止微流星体、陨石和宇宙辐射,因为传统的辐射防护罩只有部分的效果。它还可以安全地抵御月震,并具有坚固的特性。丰富的空间允许通过气闸模块连接额外的栖息地来逐步扩大基地,如果有损坏的部分,可以简单地通过关闭共享舱口与其他部分隔离。 此外,在赤道水平的近地一侧,与地球的通信畅通无阻,保护船员免受任何紧急情况的影响,特别是需要由地球上的专业团队远程控制的即时机器人手术的医疗紧急情况。由于受保护的环境和最大限度的热绝缘,能源需求减少,食物的生产将更容易进行实验性耕作和雷石栽培的可行性,对水、空气和电力的需求更小,更经济。在方便、健康、大型的栖息地工作,没有沉重的太空服,使日常生活更接近地球上的生活,提升他们的心理和安全。

3.1 - 你的月球营将如何为宇航员提供可持续的水、食物、空气和电源等基本需求?

将氢气(来自月球石,由太阳风不断植入40-50ppm,或在每次着陆后从着陆器燃料电池中清除)和氧气放在一起。
太阳风衍生的水储存在遍布月球表面的撞击玻璃珠中(7 × 1014公斤)。
从附近的亚里士多德高原提取的火成岩沉积水(>500-700ppm)
在永久阴影区或熔岩管的古岩层中,冰块与土壤混合。
在氢气与船员呼出的二氧化碳或从月球冷阱获得的二氧化碳结合后(4H2 + CO2 → 2H2O + CH4,萨巴蒂尔反应)。
通过严格的回收系统

空气

呼吸空气生产设施(20% O2和80% Nitrogen)制造氧气

利用电解技术从水中提取
来自温室内植物的光合作用
通过用热解法(2FeTiO3+2H2 →2Fe+2TiO2+2H2+O2)还原雷石或通过熔盐电解法,从月球雷石中获取(按质量计为40-45%的氧)。

氮气可以在加热后与H2和CO一起从马氏玄武岩中提取,并通过回收系统进行回收。

食品

甘蓝、红薯、小麦、生菜、黄瓜、西红柿、大豆、藜麦、萝卜、水芹、真菌和马铃薯等快速生长的植物可以在LED照明的温室中进行水培。
水产养殖的物种需要适度的氧气,低二氧化碳输出,孵化时间短,能量需求最小(比哺乳动物低5到20倍),如海鲈和微薄的鸡蛋将从地球上送来。然而,就空间占用和单位质量的热量摄入而言,贻贝和虾是优越的解决方案。
家禽养殖-蛋类
利用基因工程的体外细胞培养物生产肉类

权力

一个40KW的核裂变系统
太阳能。漫长的黑夜可以通过在分散的地方建立光伏阵列电站来应对,这样至少有一个地方总是在白天,或者在有持续或接近持续的阳光的地方建立一个电站。激光会将能量从阳光照射的区域射向阴影区域。或者在有阳光的15天里储存能量。
太阳能驱动的电解器将水分成氧气和氢气,以形成推进剂或在再生燃料电池中作为储存能量重新组合。
来自萨巴蒂尔反应的甲烷,以及来自塑料垃圾和船员废物的原地氧气热解的甲烷。

3.2 - 你的月球营将如何处理宇航员在月球上产生的废物?

不能再使用的物品在暴露于太阳紫外线辐射后将由光化学降解材料制成,而小件垃圾将在氧气的作用下在焚烧炉中处理,大大减少废物量。所有的残余物都可以被埋在基地附近的火山口或有密封入口的熔岩管中,作为填埋场。

包装好的废物可以被炸离月球;例如,炸向太阳的方向(特别是有毒或放射性的废物)或炸向地球的大气层,在无人居住的地区上空进行有计划的破坏性再入。

在生物再生生命支持中,植物和细菌将所有不可食用的食物废物、人类排泄物和其他生物废物处理成某种肥料。卫生水、无知觉的汗水、混合着粪便和尿液的厕所冲水,通过超滤回收为浇灌温室的水。舱内呼出的二氧化碳与氢气结合将回收水并产生甲烷(萨巴蒂尔反应)。

3.3 - 你的月球营将如何与地球和其他月球基地保持通信?

在月球上,无线电波天线总是需要直接的视线接触。月球轨道上的卫星使它更容易,它们也为GPS导航系统提供合作。在赤道近旁使用克里斯特尔的先进系统将与地球上的地面站系统,包括深空天线,不断进行通信。长-

与漫游者或其他营地的通信也是通过卫星实现的,而短距离的通信则是通过小型偶极子天线实现的,这种天线最多只能发送十公里。基地内部通信可以通过以太网电缆实现。

LTE/4G或5G技术将被测试用于月球表面通信,因为月球景观通常是一个开放的地形,即使没有大气层,电磁波也会传播。

在地球和月球之间或卫星之间将建立基于激光的光学通信,使用光学望远镜作为光束扩展器,使更多的数据在更短的时间内传输,如4k视频传输或从地球上远程控制的时间敏感机器人手术。

4.1 - 什么科学课题将是你月球营的研究重点?解释一下你计划在月球上做哪些实验(例如地质学、低重力环境、生物学、技术、机器人学、天文学等主题)。

TOPICS:

天文学、空间科学、生物学、生物技术、地震学、火山学、工程学、机器人学、计算机科学、社会学

实验:

与先进的高复杂性预知算法相结合的望远镜,用于早期检测小行星与地球的碰撞。
射电望远镜利用远方作为稳定的平台,研究来自早期宇宙的辐射,免受地面无线电发射和其他大气干扰(如云层、月光、湿度)。
两极的低温液态镜望远镜在没有热背景的情况下,在红外线范围内观测宇宙,以研究宇宙的起源、演变和特性。
天体粒子物理学(例如,高能网状粒子、反粒子等)
月球激光测距测试广义相对论和搜索暗物质的性质。
对月球的古火山口进行采样,研究月地系统是如何形成的
利用太阳能风能进行能源生产
利用极地火山口的静电清道夫作为能源库
微重力条件下的远程机器人手术,用于紧急状况,由地球上的医疗中心实时即时响应并进行大数据传输
用于空间应用的超轻质材料
在极端环境、低重力和高静电灰尘环境中的材料行为和机制
先进的机器人技术用于极端环境的传感、移动、操纵以及自动和自主检测、校准和维修。

结构和航天器的空间制造和自主组装
用离子-液体离子源进行静电悬浮
为火星开发几百万瓦特的离子发动机和反物质推进器

在实验室中使用源自动物蛋白的体外细胞培养物生产肉类。
地震学,熔岩管的火山学
抗损坏和自我修复的材料
提取氧气、水和其他元素的石膏工艺技术
外星生命的生物特征,特别是在熔岩管中的生物特征
实验设计,以创造出AI/ML准备好的数据,对不确定性进行量化,反对误导性的关联,作为星际旅行和新发现空间的解决方案指南。
微重力如何影响组织生长和伤口愈合
合成血液和皮肤的生产
测试高屏蔽技术,以消除挖掘过程中的热或空气损失和挥发性损失

5.1 - 在你的宇航员培训计划中,你会包括哪些内容,以帮助宇航员为登月任务做好准备?

所有被选入Moon camp的乘员,主要乘员和后备乘员都将在一起训练,因为他们既要相互了解,又要学会根据分配给他们的角色和责任,有效地合作。所有新的宇航员候选人,他们有不同的专业背景和专长,必须达到共同的最低知识基础。他们必须学习医学、语言、机器人和驾驶、航天和空间系统工程、空间系统的组织、农业和高级计算机科学。

他们将在缺乏重力的环境中接受训练,同时穿着宇航服,以便为月球行走做好准备。

他们将处理技术学科,如电气工程、空气动力学、推进力、轨道力学、材料和结构,此外还将被引入科学学科,如微重力下的研究(人类生理学、生物学和材料科学)、地球观测、天文学,以及空间法和有关全球空间合作的政府间协议。

应该通过对所有营地系统(如栖息地结构和设计、挖掘地点、制导导航和控制、热控制、发电和配电、指挥和跟踪、生命支持系统、通用机器人操作、会合和对接、舱外活动系统、有效载荷系统)的详细实践和增强的虚拟现实概述,以及对那些为营地服务的航天器和漫游车的主要系统进行指导,让他们在月球的极端环境中生活、工作和执行科学实验。准备探索熔岩管的宇航员将需要接受穿越垂直发展环境和洞穴探索的训练,这些环境有不平坦的地形、尖锐的岩石和落石,而在月球上行走则伴随着扬尘和电气化。

培训还包括处理非正常情况的教育,故障分析和恢复/修理活动。如果没有机器人的存在,这些任务就不能完全独立。这为实现人与机器人的互动开辟了一条新的途径。

5.2 - 你未来的月球任务将需要哪些航天器?描述在你的Moon camp中发现的飞行器,并考虑你将如何往返于地球,并探索月球表面的新目的地。

往返于地球

可重复使用的垂直着陆器,可供乘员使用并与国际空间站对接
无人驾驶货运火箭
可回收的着陆器
准备发射火箭进行紧急疏散。
使用碳纳米管制造的电缆进行地月非火箭运输

月球上的车辆

加压的漫游者,与基地或另一个漫游者对接。
全地形拖拉机,前面可安装推土机刀片,携带水箱或货箱或废物处理箱,并拥有配备挖掘机/铲子的机械臂。
远程操作的起重机用于重物搬运、
远程操作的钻头和岩浆挖掘机车。
使用磁悬浮的铁轨
可与基地对接的加压缆车。

探月

多任务探索飞行器,具有可容纳4-8名宇航员的自主生命支持系统,射程200公里,与地球有独立的电信联系,机上有一架无人机,具有氧气和水循环能力,可将生命支持时间增加到14天,有一个太阳能阵列和RFC。也可以作为避难所,直到来自地球的帮助到达。
远程操作的无人机,使用过氧化氢推进或二氧化碳气体喷射器或带离子推进器的静电悬浮器