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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。

makabaka

郑州轻工业大学附属中学  河南省郑州市-金水区    中国 19   5 / 3 英语
三维设计软件:Fusion 360



1.1 - 项目描述

我们的月球营地主要由四个部分组成,分为生活区和办公区、太空农场、实验室和天文观测区。

为了方便航天员的生活,我们的月球营地采用了尖端科技,通过中央控制屏、智能机器人、环境感知组件等科技产品,实现了整个月球营地环境的智能化、自动化、可视化和可听化。

考虑到解决未来地球的能源危机,我们已经开展了一些能源开采项目,利用智能化、自动化的漫游车对月球上的各种能源进行探测和采样,经过测试后再将合适的采矿车送往月球进行个性化开采。

为了保持航天员的身心健康,我们设置了丰富多彩的日常锻炼和文娱活动,使整个月球营地处于科技和人文关怀的前沿。

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)。

随着航天技术的飞速发展,人类逐渐揭开了月球的神秘面纱,月球得以以清晰的面貌呈现在我们面前。为了开辟人类可以生活的区域,为了探索更多的资源,为了人类可以探索更遥远的星球,我们在地球的 "邻居"--月球上建立了月球营地。

我们月球营地的主要目的是科学研究。在月球自然环境条件的基础上,进行实验测试、能源探索和天文观测,为人类未来前往其他星系做准备。

2.1 - 你想在哪里建造你的月球营?解释一下你的选择。

我们将在月球南极建立月球营地,因为南极有一个永久性的光照区,可以安装大量的太阳能电池板来获取电力,维持整个月球营地的运转;同时,这里还有一个永久性的阴影区,蕴藏着大量的固体水,散落在大坑中,可以稳定地获取充足的水资源。而太空电梯将建在月球的赤道上。由于赤道太空电梯不受地球自转和公转的影响,因此既能保证太空电梯的安全性,又能降低成本,满足太空电梯的运行要求。

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。

首先,用运输火箭将太空电梯所需的材料、月球土壤提取分析仪、3d 打印机和智能量子计算机发射到月球赤道,然后用智能量子计算机控制打印机建造太空电梯。建造完成并投入使用后,可以大大降低运输成本。设想中的工作原理是,先用运载火箭将一些设备和仪器运送到月球同步轨道,然后与同轨道上的月球空间站对接,再通过太空电梯运送到月球,不需要消耗着陆舱。目前,火箭回收技术已经非常成熟。如果能够实现太空电梯,从地球到月球的运输成本将大大降低。以后,一些大型设施将在智能量子计算机的控制下建造,避免了在月球上穿宇航服的困难。建筑材料由月球土壤制成,满足了建造大型建筑的可能。建筑完成后,计算机会发送信息,通过实验检测设施是否合格,然后才能投入使用。其中会用到很多技术,如量子计算、3D 打印、可回收火箭技术、高强度材料技术等。论文《用碳纤维增强的超表聚合物复合材料的抗辐射和抗静电性能》介绍了超高强度材料,这可以为未来的太空旅行奠定基础。

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?

我们的月球营地有大量电力可供使用,所以采用液氮制冷机应对高温气候,采用水加热技术应对低温环境;为了防止随时可能发生的陨石撞击,我们有专门的陨石袭击探测仪,可以及时发现和防范。同时,在建筑设施上配备了可开合的防护外壳,防止陨石撞击;除了提供固定的中央生活区,还有移动的生活设施,航天员在月球营地外工作时,可以进入这些设施进行紧急疏散。此外,利用月壤等材料建造营地,降低辐射水平;同时,通过观测太阳,利用空间天气预报技术预测太阳耀斑等气层爆炸,在此高峰期停止航天员外出活动。

利用小型冰雪和月球土壤采样机对水资源进行采样勘探,并带回检测。根据水质情况,选择开采,并派出大型取水机开采相应区域的水资源。宇航员的生活污水也会被收集和净化处理。太空农场用来种植农作物,利用3D打印技术和人造肉原理,通过蛋白质原料提供肉制品,保证航天员的营养均衡。制氧的主要方法是电解水,同时收集太空农场多余的氧气、二氧化碳等。并在工作区和生活区安装空气质量检测仪和空气净化器,以及压力检测仪和改善装置,将月球营地的整体压力维持在适合人类居住的范围内。

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?

自然-天文学》杂志上发表的两篇论文重新定义了月球,并阐明了月球储存珍贵自然资源--水资源的能力。科学家们一直认为月球上有固态水,尤其是在月球两极。我们的月球基地有专门的设备可以提取月球南极的固态水,主设施内也有设备可以回收和净化宇航员的废水,国际空间站也在使用这些废水。

我们的月球基地有一个太空农场,利用科学家培育的营养液和土壤生产土豆、大豆、玉米等农作物。我们还可以利用大豆产生的蛋白质作为原料,使用3D食品打印机制作肉类。我们的设施还有一个用电的厨房,宇航员可以根据自己的口味进行烹饪。在可行性方面,早在2019年,中国科学家就在月球背面利用营养液和地球土壤种植了棉花、马铃薯、塔勒菜、酵母、果蝇和油菜籽。这六种生物在月球背面生长旺盛,《科学》杂志发表的《看机器人3D打印出真正的蛋糕》证实了食物是可以打印出来的。

我们的月球基地通过电解水产生氧气,氧气被输送到整个设施。我们的基地还有智能管理,可以实时检测氧气浓度。国际空间站也使用这种方法。

月球南极大部分时间处于日光下,拥有丰富的太阳能资源。我们基地的电力来自太阳能电池板的转换。

3.2 - 你的月球营将如何处理宇航员在月球上产生的废物?

航天员的粪便、餐厨垃圾经过科学处理收集后,由专门的运输车运往太空农场,成为植物的养料,提高能源利用率;尿液、洗浴水、生活废水经过污水处理装置多次净化,根据不同来源、不同净化技术进行合理分配和回用。

3.3 - 你的月球营将如何与地球和其他月球基地保持通信?

我们的月球营地配备了一个非常大的信息收发器,可以保持整个月球营地电磁信号的发射和接收,保持地球和月球以及其他营地之间的通讯,我们还配备了一个地月返回舱,可以应对巨大的灾难,或者把受伤或生病的宇航员送回地球治疗。为了方便与其他月球营地联系,我们还配备了月球飞船,可以随时与其他月球营地运送物资和人员。

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)。

我们的技术重点主要是:反重力装置、先进中子、机器人、天文宇宙、月球土壤成分分析和氦-3He 提取、水质分析和提取。

在月球上,其重力是地球的六分之一。大量助推器产生推力,超导材料产生反重力效应,磁场和电场的相互作用都能促进反重力装置的研究。我们将从 "反中子井式堆芯研究堆 "入手,通过燃料材料试验、中子散射实验、中子活化分析、中子照相、单晶辐照掺杂等工作,研究分析先进中子。机器人 "狗本本 "的腿部关节采用球形关节,脚部装有四个美卡努姆轮,在不同地形下都具有最强的行走能力。同时,它的背部还装有升降货台,两侧有四轴机械臂,可以抓取和固定货物。两只宠物狗 "聪聪 "和 "玲玲 "可以进行环境检测、智能提醒和语音播报,并与室内检测屏幕相连。在实现机器人指挥的同时,它们还能为宇航员提供人文关怀。月球表面重力小,没有大气层的屏蔽、光污染,也没有地球引力的影响,便于观测太阳系的各种现象。同时,射电望远镜还可以用来观测宇宙。利用化学分析、X 射线、光谱等手段对月球土壤样品进行分析,从中提取三氧化二氦和稀有金属元素;探测到水源后,利用质谱仪进行水质分析,根据不同的分析用途进行提取。

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?

基础理论训练。作为一名航天员,首先要训练专业基础理论知识,如大气、天文、地球物理、空间动力学、通信、计算机等,这些训练都是航天、医学和生理学的内容,通过提高这些专业基础知识,可以为以后打下坚实的基础。当然,还有航天员救援训练。
体能训练。航天员必须有强健的体魄,除此之外,还必须经过严格的体能训练。太空和飞船都有特殊的环境因素,航天员必须通过训练提高自身的承受能力。训练内容往往是长跑、登山、转椅等。
超重耐力训练。火箭起飞时,通常会有极大的加速度,如果不进行训练,航天员的身体会受不了。模拟这种训练可以让宇航员的头脑保持清醒,从而适应并完成任务。
失重训练。航天器在轨飞行期间,经常处于微重力环境下,在这样的环境下,航天员常会出现头晕目眩的现象,从而影响操作。因此,有必要模拟失重黄精,使航天员消除对失重的恐惧心理。在失重条件下,航天员要完成穿脱航天服、吃饭、行走等练习。

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。

航天器

大型运输火箭:在建设月球营地的初期,我们将大量使用大型运输火箭,将三维建筑打印机等建筑工具送往月球。
地月火箭:主要布置在月球上,可以应对突发事件,当不可避免的灾难来临时,可以及时将宇航员和重要设施送回地球,保证宇航员的安全。
太空电梯:我们将在月球上建造太空电梯,它可以大大加快地球和月球之间的物资和人员流动,提高效率。

车辆

设施间的移动小车:为了方便宇航员前往不同的设施,我们设置了多辆交通手推车
营间船:为了促进营地之间的联系和探索新的领域,我们建立了几艘营地间船舶