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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。

Double Trouble

上海青浦高级中学上海-青浦中国 15, 16 6 / 2 英语
三维设计软件：Fusion 360

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1.1 - 项目描述

在人类进入太空后的六十二年里，技术取得了巨大的进步。我们想再次离开地球，做一些更大的事情。为了充分探索月球，为了以后的扩张和长期居住，我们想建造一些月球营地，以维持宇航员和科学家的生活。

我们的月球营地有一个圆形的穹顶保护，以减少热量散失。中间的区域分为研究区、食物储存区、医疗区、生活区、设备储存区、种植区和地下掩体，考虑到稳定性和实用性，其形状为一个角度连接的球形。另外两个区域是核聚变区、电解区、废水处理区和健身娱乐区。它们与中心区呈半花生状连接，显示出三角形的整体稳定性和安全性，同时功能齐全，能满足三名宇航员的所有需求。

在建筑材料方面，我们在地基和建筑下层使用了复合混凝土和土制氮化硼基材料。上层建筑和穹顶使用了记忆金属和防辐射玻璃，使营地坚固并免受辐射干扰。

我们做了足够的工程，为我们的月球营地提供水、食物、空气、燃料和动力，并能长期自给自足。

我们的研究重点是天文学、植物学和地质学，以及在月球上的实验，以推动科学发展。

我们的目标是推动科学发展，从月球土壤中开发新材料，并使月球营地成为新的家园。

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）。

月球作为人类探索最多的星球，是我们现在的主要探索目标之一。为了充分探索月球，我们必须在月球上实现长期居住，因此我们必须建立月球营地来维持人类的生存，提供氧气、食物储存、能源开发和其他功能。

参加月球营可以让我们对月球营的想象通过建模来实现，在建模的过程中，也可以让我们更多的了解月球和现有的月球探测技术。

2.1 - 你想在哪里建造你的月球营？解释一下你的选择。

我们想在火山口建一个月球营地。选择火山口的标准是：一，附近有冰和水，这样可以借助镜子反射阳光，直接取水。二，在永日峰内，这样可以保证有稳定的太阳能，以此来保证能源供应。三，靠近风化层，因为月球土壤的风化层可以作为氧气的原料。

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。

该工程分为七个阶段：

在第一阶段，在指定地点建立一个集结区，为以后的基地建设和材料运输做准备。

在第二阶段，登陆器从中转站发射到目标地点，登陆器携带探测器、科学探测设备、通信设备和太阳能电池板，承担预能源站和通信站的任务，对选定的地点进行初步探测，为后续建设提供基础设施支持。

第三阶段，从中转站发射着陆器，由着陆器将月球机器人和建筑材料送到月球表面，利用月球土壤和带来的材料制备复合混凝土，通过3D打印技术进行基地主体结构、基础设施和外部穹顶的建设，完成物质着陆点的建设，并进一步部署和维护各种设备。至此，月球基地可由月面机器人进行运输和交换，构成信息、能量和物质的交换系统，初步具备月球基地各漫游器之间的信息流、能量流和物质流交互能力，月球基地的雏形已经完成。

第四阶段，部署月面发射系统和着陆场，发射着陆器可以到达集结区，携带物资带回基地，在着陆场部署关于月面起飞的保障设施，为基地配置一套返回车辆。

在第五阶段，利用着陆器带着基地的内部设备返回基地，并由月面机器人进行初步部署，满足人员活动的需要。

在第六阶段，将进行载人登月。这一阶段将派驻宇航员进行部署，进行基地内部设备的安装和科研工作，初步建成月球基地。在载人登月过程中，着陆器将搭载返回器，与配置在月球表面的返回器形成备份关系，以便在紧急情况下保障人员的生命安全。

在第七阶段，宇航员完成基地内部的安装和运行，科学研究工作和资源开采任务正式开始。

在建设过程中，需要从地球上运输探测器、月面机器人、各类基地设备和建筑材料，而基地的主体结构将包含大量的月球土壤，这将减少材料运输的需要和建设时间的消耗。

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？

在外形上，由于穹顶的承重和抗压能力比同体积的建筑要强，根据月球基地的选址，我们打算在陨石坑上方建造一个穹顶结构，以减少压力差的影响，对于突发的意外情况，由于穹顶承重强，可以为基地争取反应时间，采取行动，减少不必要的损失。

在材料方面，由于环境特殊，需要应对高真空、超高温、超低温等，穹顶我们选择使用记忆金属作为骨架，结合特殊的混凝土材料，可以承受高温。同时，采用防辐射玻璃可以过滤宇宙射线，保护基地不受辐射干扰，常闭式设计可以防止月球尘埃侵入内部，影响科研进度；中心主体建筑我们选择双层建筑墙体，内层采用特殊混凝土，外层采用月球土，强度大，可以承受压力差，可以为航天员提供安全的科研环境，同时控制传热范围，保持温度，防止热量流失。

在安全方面，计划在容易发生陨石撞击的地方建立额外的保护措施，以避免陨石撞击，选择小型陨石进行销毁，其碎片用于科学研究，建立陨石收集装置，进行相关的探索和研究、并在发生非常大的陨石或其他对月球营地破坏力极大的事故时启动应急措施，利用月面发射器逃到拉格朗日点，卫星迅速反映情况并向地球发送信息，研究人员在拉格朗日点等待地球的回应并制定新的科学方案。卫星迅速反映情况并向地球发送信息，而研究人员则在拉格朗日点等待来自地球的回应和新的研究计划。

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？

对于水的提供，我们最初从地球上携带一部分水到月球，以应付空窗期，然后才能稳定地提取冰水。然后对宇航员生活中产生的废液进行分馏、过滤等步骤，得到一部分干净的水，剩下的就送到种植区或排放到外太空。

为了提供食物，我们种植土豆、卷心菜、西兰花、西红柿、辣椒和许多其他蔬菜，并从地球上带来一些肉类罐头。以满足宇航员的营养需求。

对于空气方面，我们利用月球土壤中的一些活性化合物作为催化剂，在模拟阳光的帮助下，利用人工光合作用技术将水和二氧化碳转化为氧气、氢气、甲烷和甲醇。然而，从这里获得的氧气是不够的。氧气的供应主要依靠水的电解，其副产品氢气被送入萨巴蒂尔反应器以生产甲烷

为了适应月球环境，为月球营地提供长期稳定的能源，我们在营地的初期阶段采用太阳能发电。之后，我们利用月球土壤中提取的成分作为人工光合作用的催化剂，为发电准备燃料，并采用清洁高效的核聚变发电技术作为整个月球营地的备用发电方案。同时，我们将多余的电力储存在电池组中，以应对大部分可能的极端天气条件，实现安全的供电方案。

3.2 - 你的月球营将如何处理宇航员在月球上产生的废物？

宇航员产生的废物主要是尿液、粪便和二氧化碳。尿液通过蒸汽压缩蒸馏法从蒸馏水中分离出来，送到水处理舱进行后续过滤和催化氧化反应，得到部分干净的水；其余的废物和粪便可以作为种植舱的肥料，也可以直接排入太空。二氧化碳被送到种植模块进行光合作用，如果有多余的，则被送到萨巴蒂尔反应器，在催化剂的作用下与氢气反应，得到水和甲烷。

宇航员产生的生活垃圾将被严格分类，湿垃圾将被送到种植区；纸巾、塑料袋等干垃圾将经过压缩、囤积等一系列步骤，然后投入地球大气层进行焚烧，以减少太空污染。

3.3 - 你的月球营将如何与地球和其他月球基地保持通信？

我们使用卫星中继技术进行通信。在月球上空放置了三颗卫星，确保月球的每个部分都有至少一颗卫星覆盖，并使用超高频S波段，可以穿透地球的电离层而不发生偏转或反射，使营地与地球之间以及月球上的营地之间能够进行有效的微波中继通信。

用于运输物资、科学设备和人员。我们使用地月空间的拉格朗日点，在这里，两个主要地月天体的引力相互抵消，位于这一点上的物体可以保持相对平衡。我们只需要在这一点上给予一个小的推力，使我们想要运输的东西向推力的方向移动。在地月系统中，理论上有五个拉格朗日点，而我们使用的这个拉格朗日点位于距离地球约323,110公里的位置。我们首先将航天器发射到拉格朗日点的中转站，在那里添加推进剂，同时从月球上发射一个着陆器来接走航天器，并将我们想要运送的东西从中转站运送到月球上。这样一来，航天器离开地球时就不再需要携带推进剂进行月球登陆和起飞返回，也不需要携带月球舱，运输成本将大大降低，而且由于月球没有大气层，月球登陆器可以多次使用。

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）。

我们小组的月球营研究重点是天文学、植物学和地质学。

我们将通过望远镜观测月球附近和月球背面的物体，美国宇航局已经提出在月球背面建立一个观测站的可能性，以避免来自地球的光和通信污染。因此，我们将在月球背面建立超长波长的射电望远镜。与地球上和近地轨道上的天文望远镜相比，在月球背面建设超长波射电望远镜具有巨大的优势，包括：超长波天文望远镜以大于10米的波长（频率低于30MHZ）观测宇宙，可以反映地球的电离层，而人类至今还没有探索过电离层；月球作为一个天然的月球作为一个天然的物理屏障层，帮助月基天文望远镜隔离来自地球、电离层、地球轨道卫星的无线电噪声源的影响，以及月夜里来自太阳的无线电干扰信号。因此，有必要部署一个直径为1公里的金属网格，以形成一个具有适当深度-直径比的球帽状反射器。

在植物学方面，我们将研究由月球机器人采集的月球土壤和从地球带来的植物种子和幼苗，利用显微镜和化学实验来了解月球土壤中的微量元素是否能给植物带来足够的能量和营养。在科学实验室里，我们还在月球土壤中培养不同的植物种子，以找到更适合在月球上生长的植物。在孵化过程中，我们将带有月球土壤的种子放在有蓝光和红光的恒温器中，以确保种子的最大生长速度。

在地质学上，月球表面的地形特征大致可以分为三类：高原、月海撞击坑和火山地形。我们将利用月球车采集相关样品，通过研究从月球表面取回的三类样品：结晶火成岩、角砾岩、月球土壤和玻璃颗粒，研究月球表面的形态和月球表面物质的分布特征，最终将上述样品充分利用起来。

此外，月球车将在研究领域进行设计和制造，它将具有收集月球样本的功能，并在车上配备3D打印机、医疗设备和生活用品，以确保月球车上的宇航员能够进行工作以及生活和休息。