月亮营地
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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。

Next Generation

  第三名 - 欧空局成员国

奥班高中  奥班-阿吉尔和布特    英国 16, 15, 14, 13   5 / 1 英语
三维设计软件:Fusion 360



1.1 - 项目描述

这个项目希望在月球上建立一个大本营。我们在表面上有几个圆顶,而我们的大部分设计将位于地下。该基地能够舒适地容纳10名宇航员,如果工作人员轮流工作,可能会有更多的宇航员,并包含基本的设施,如厕所、宿舍、厨房和公共区域,但也有更多与工作有关的房间,如车间、存储空间、实验室和一个温室。该基地还有一个独立于主基地的穹顶,其中包含高能和高温过程,如电解室和熔炉,这种分离有助于在这些系统发生故障时保护主基地。基地主要由铝构成,因为它的强度和重量,以及维护基地所需的任何额外的铝可以使用FFC剑桥工艺从月球岩石中提取,这是该基地正在研究的工艺之一。该基地还使用月球土壤作为建筑材料来保护船员免受辐射。

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)。

安装这个基地的主要原因是作为月球上的一个科学研究平台。这个基地将允许宇航员在月球上停留更长的时间,这意味着可以在月球环境中处理更多的实验和项目,从长远来看,这将大大改善我们对月球和宇宙的理解。另一个主要目的是研究环境和某些事物对环境的反应,以及研究月球表面,获得在月球上种植食物的实践,并研究在低重力环境中长期生活的结果。这将是可以很容易地收集和传播的信息,供地球上的科学使用。这些信息对开发未来的航天器、规划未来的宇航员培训、甚至改进地球上的技术都非常有用。

2.1 - 你想在哪里建造你的月球营?解释一下你的选择。

我们的月球大本营将建在月球的南极,位于德格拉什火山口和沙克尔顿火山口之间的山脊上。 这个位置是有利的,因为当太阳照亮月球的这一部分时,它就在地平线以下或以上徘徊,创造出相对稳定的温度,最高可达54℃。阳光的存在有助于温室中作物的生长和利用太阳能电池板为基地生产能源,以及防止设备被永久冻结。这个地方还可以获得许多必要的资源,如冰矿和含有Anorthosite等矿石的月球岩石。由于平缓的山脊坡和稀疏的地面碎片,该地形也很容易被步行或漫游者穿越。由于它所处的方向,该地点还可以直接与地球进行卫星连接。

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。

如前所述,基地主要由铝制成,因为它在月球和地球上都有,而且它的重量、强度和材料特性都很好,它在太空环境中也得到了很好的测试,因为国际空间站就是由它建造的。基地主要由圆顶和圆柱体构成,以尽量减少边缘的压力点,并减少由于与基地外部的压力差而导致的山体破裂的风险。这种设计选择也使得结构的建造更加容易,因为这些圆形的结构可以被分割开来,很容易在航天器上运输和组装。基地的大部分也将被覆盖在几米长的月球土壤中,以保护基地不受飞行碎片和辐射的影响。矿石Anorthosite在FFC剑桥工艺中也能产生硅以及铝,可用于制造月球上基地的一些部件。

唯一需要从地球带来的设备是挖掘机器人和采矿设施,以获得必要的泥土、冰和矿石。原有的基地模块也可以通过航天器运到月球,以帮助确保人类在建立永久基地时能在月球上生存。3D打印机也将被用于基地的建设和维护,因为特定的组件和工具可以从地球运来的塑料和金属原料中创造出来。

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?

如前所述,我们计划将营地主要建在地下,并在上面覆盖月球土壤,这样我们的宇航员在建筑物内时就可以免受太阳辐射。月球土壤具有良好的防辐射能力,因为几米长的这种材料就可以抵御大多数辐射类型。这种土壤也将保护宇航员和基地将经历的小行星和飞行碎片。太空服和月球车将被宇航员使用,以保证他们的安全,并在他们离开营地的墙壁时更好地帮助他们。每个模块都通过内部气闸与主基地分开,在船体破裂的情况下,气闸可以密封并帮助保持船员的生命。基地也有一个中央空气清洁和循环系统,但它可以被隔离,以保持少数或只有一个模块在破损情况下的生存能力。唯一有自己的空气系统的模块是车间、科学实验室和入口。这是为了防止这些房间被污染或有毒,可以防止这些空气在整个基地内循环。这个基地也有空气过滤系统,以防止船员吸入有害气体和微粒,例如月球尘埃中含有硅酸盐,如果大量吸入会对肺部造成伤害。所有的高能量过程都与生活模块分开,这可以防止在发生灾难性故障时整个基地被摧毁。将这些过程的产品输送到基地的管道也有压力激活的电荷,在压力激增的情况下,这些电荷会突破管道,防止基地被破坏。

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?

月球营地的电力供应将主要来自太阳,使用99块太阳能电池板,这些电池板可以旋转,始终面向太阳,将被放置在基地周围,在白天发电,为基地供电,并在晚上为基地的锂离子电池充电。这些太阳能电池板将产生最大的135.63千瓦,这意味着在12小时内,太阳能电池板总共产生5.86兆焦耳。

空气是通过多种方式产生的,从分裂水到FFC剑桥工艺;模块中的空气将不包括氮气,因为人类不需要氮气来生存。氧气将通过将从冰中融化的水送入电解室,使其分裂成氧气和氢气来生产。氢气被输送到储存罐,用作火箭燃料,氧气则被输送到主基地。剑桥的FFC工艺更具实验性,也能生产氧气,将用于火箭燃料和可呼吸空气。

水又是通过融化冰层产生的,要么用于制造氧气,要么通过管道输送到基地的水箱,作为饮用水使用。水被过滤,以去除杂质和不可饮用的分子,因此可以安全饮用。这些水被用于饮用和其他系统,但其中大部分被回收并再次过滤。

大部分的食物都是从地球上进口的,但是也有月球上生产的作物和食物作为补充。月球上生产的食物不是主要的食物来源,但是如果有一天从地球上运输食物出现问题,船员可以靠月球上种植的产品生存。

3.2 - 你的月球营将如何处理宇航员在月球上产生的废物?

宇航员产生的有机废物可以被堆肥或用作生长植物的肥料。我们也想实施垃圾转化为气体的反应器,因为它们可以用来将垃圾转化为气体,乘员可以在建筑中或为漫游器重新使用,因为反应器使用热降解过程将废物物品转化为气体。空气和水的过滤也将被用来限制废物的数量。液体废品将被过滤和回收,以尽量减少对水生产系统的压力,并帮助节约能源,那些干净但已通过系统运行而无法饮用的水将用于厕所和浇灌植物。

3.3 - 你的月球营将如何与地球和其他月球基地保持通信?

我们将使用通信阵列和一个高增益的4.2米、可部署的抛物面天线,将通信发送到阙桥中继卫星,作为与地球通信的手段。阙桥中继卫星是一颗被发射到L2光环轨道上的卫星,它处在一个完美的位置,能够毫无问题地将通信从月球发送到地球,反之亦然。这是因为这个位置是它可以接触到月球的远方,但仍然可以到达地球,而不用担心月球阻挡它的传输。阙桥的传输可以与其他低地轨道卫星联系,将信息传递给任何需要的公司。 

我们还需要在月球上进行通信。因此,将实施基本的无线电台,以便不仅与宇航员而且与其他月球基地进行通信。

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)。

我们的研究将重点帮助的主题是低重力环境和地质学。由于这两个主题将是基地的主要焦点,在研究的使用方面,收集有关上述主题的信息将是主要优先事项。钻探方法将被用来收集冰和土壤,回到营地后可以进一步检查和实验。这些实验可以找出更多关于特定领域的数据,如在土壤中发现的成分,辐射如何影响月球上的元素,可以抢救多少可以追溯到太阳系形成的土壤和冰的样本信息,甚至考虑到地面的不同构造,在月球土壤上种植的植物会如何。

建在基地里的健身房,虽然是为了支持宇航员的身体和精神状况,但也将作为收集关于低重力如何影响人体的信息的方法。这也可以让人了解到个人的作息时间是如何被这种奇特的环境变化所影响的,同时还可以根据一个人身体的表现,提供如何怀疑其低重力亲和力的症状的信息。我们还将研究剑桥的FFC过程,因为它仍然处于实验阶段,因为在地球上缺乏岩浆,但在月球上的进展将急剧增加。这个过程将有助于在未来实现更大的月球基地,因为它可以在月球上生产建筑材料。

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?

为了帮助宇航员为未来的月球任务做好准备,我们想在他们的培训计划中增加以下内容;

让候选人彻底了解条件,可以预期的环境,以及在离开时可能出现的那种问题和解决方案。 
在月球环境场景中进行演习、演练,然后在模拟器中对汇报中谈到的确切问题进行全面测试。 
在他们的训练中纳入水下/游泳池训练。游泳池可以模拟低重力的感觉,这是宇航员在离开月球之前必须要适应的。进行演习、行走或只是简单地在水中漂浮,将使他们适应低重力的感觉,并逐渐帮助他们学习如何在其中与他们的航天服进行操作。这已被证明是有帮助的,因为准备参加阿波罗任务的宇航员也经历了同样的训练。 
建立一个模拟基地。安全协议可以在模拟基地中运行,以确保团队中没有人会冻僵,每个人都知道在紧急情况下如何处理自己。模拟基地对熟悉情况也有帮助,因为它为候选人提供了了解实验室和车间的机会,同时也提供了一个看到生活区以适应布局的机会。  
长期隔离训练。队员们将在一个模拟基地中接受长期隔离的合作和企业培训,以模拟社会方面和孤独的挑战。

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。

我们将使用一辆漫游车来驱动宇航员往返于任务地点、其他潜在的营地、采矿点或只是简单地探索土地。我们的漫游车的设计让车辆使用太阳能来产生能量,以及一个连接到主基地的充电器,这将占到给机器供电的位置。至于我们如何在月球和地球之间来回旅行,我们已经决定使用可重复使用的火箭,如SpaceX的星际飞船来完成这个旅程。这是一个伟大的想法,因为火箭可以在地球上补充燃料,利用那里的资源,以及在月球上,利用从月球冰水中分离出来的氢气和氧气。太空服也将被提供,以使宇航员能够徒步穿越月球景观。然而,由于辐射暴露,EVA的时间将受到限制。

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