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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。

Cosmic Oasis

金斯顿学院  泰晤士河畔金斯顿-萨里    英国 17, 16   6 / 1 英语
三维设计软件:Blender



1.1 - 项目描述

该项目旨在测试一个可容纳 6 名宇航员的自我维持基地。这项任务的主要实验是研究太阳风对月球表面的影响,以及种植为极端栖息地培育的转基因作物。我们的研究包括在最近出版的科学杂志上探讨先进机器人技术、原地资源利用(ISRU)和材料科学的当前和预期发展。根据欧空局和美国国家航空航天局(NASA)在不久的将来将人类送回月球和火星的目标,我们的基地将成为未来在月球和火星表面开展研究和执行计划任务的垫脚石。我们的基地将主要侧重于研究目标,但也有商业项目的空间,如提取稀土金属出口到地球以获取利润,从而产生可持续的月球经济,鼓励未来对月球研究的投资。

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)。

该基地的核心目的只是作为一个概念验证,以建立一个自给自足的基地,将来可以在另一个天体上使用。

由于月球上完全不存在大气层,与火星等行星的低大气层非常接近,约为≈0.02 kg/m3,几乎可以忽略不计,因此我们还将研究太阳风的影响。通过太阳风读取装置(或 SWORD),我们将监测太阳风与月球碰撞的模式,以便我们能够审查太阳风的影响,这可能是未来在其他天体上开展项目所必须了解的。

SWORD 是在 "太阳轨道日光层成像仪 "或 "SoloHi "的基础上设计的。它使用六个独立的内部传感器来观测太阳活动和释放,还有一对传感器测量等离子体和磁场。

2.1 - 你想在哪里建造你的月球营?解释一下你的选择。

基地将建在阿蒙森火山口的边缘。它将位于阿蒙森火山口旁边的一个小得多的火山口上。
基地的三维设计使用了这个未命名陨石坑的热图,并按比例进行了设计。
该火山口的坐标为 84.5°S 82.8°E。
使用较小的陨石坑是为了让我们能够以更小的代价在地面以下建造多层高地。

根据美国宇航局和欧空局对月球的成像扫描,在陨石坑内和周围发现了水(以月冰的形式)。此外,根据美国国家航空航天局(NASA)的报告,该地点已被确定几乎完全持续暴露在入射阳光下。

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。

在宇航员着陆之前,我们的基地将作为无人任务开始建造。我们将利用欧空局控制的机器人技术,建造一个基本框架,作为宇航员在基地完全建成之前的临时生活区。

在最初的建造阶段之后,宇航员将居住在这个基本框架内,我们将通过 3D 打印部件,以人工和机器人辅助的方式继续建造房间。其中一个挑战是建造基地的地下区域,这将需要大量的挖掘工作。挖掘工作将在陨石坑的一侧进行。

基地的墙壁将采用三层结构,我们将为此使用三种材料:

1) 最内层是一层聚偏二氟乙烯--一种无反应、热稳定的热塑性塑料。尽管这种塑料强度很高,但重量却很轻,因此可以一次性转移大量物质,而不会给太空飞行带来大量额外费用。 

2) 中间层是相对较薄的碳纤维+硅晶格,这种材料非常轻,而且具有惊人的延展性,是一种实用性很强的材料。作为一种轻薄材料,它在散装运输时非常节省空间。

3) 最外层将由塔拉瑞亚无人机从月球表面采集的3D打印月球碎石建造。我们可以用类似于混凝土的方法将其混合,从而在基地外部形成一层碎石混凝土。

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?

为了保护宇航员免受物理冲击,我们将在设计中采用两种特殊材料: 舱壁之间将铺设一层薄而柔韧的碳纤维和硅晶格,以防止物理撞击。碳纤维的柔韧性使其具有缓冲作用--大大延长了微陨石的撞击时间,从而显著降低了微陨石的撞击力。这就降低了微陨石冲破房间的风险。此外,碳纤维晶格还具有导电性,因此可用作传感器来检测底座可能受到的任何损坏。由于底座的大部分位于地表以下,因此还能受到上方地面的天然保护。

如果房间被攻破,基地的通风系统会在编织在碳纤维格子中的传感器被触发后自动关闭房间。这意味着被破坏的房间不会失去氧气,基地的氧气供应将保持稳定。此外,如果通风系统出现故障,大多数房间内的微型光生物反应器将提供备用氧气。

为了防止紫外线辐射,底座内壁由抗紫外线塑料聚偏氟乙烯制成。这种塑料不仅坚固无比(持续使用 5 年的磨损量约为 0.3%),而且还能抵御紫外线,防止宇航员受到有害的穿透性紫外线辐射的影响。

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?


水将在一个封闭系统中使用。利用藻类养殖场和少量化学处理,我们将不断净化水,使其保持可饮用状态。我们还将从月球冰层中获取更多的水,我们可以融化月球冰层,从中提取水。这些水必须通过过滤掉可能残留在冰内的有害月球碎屑才能饮用。

食品
食物最初将从宇航员随身携带的脱水食物中提取。这将使他们在自给自足之前有一个宽限期。一旦种植业建立起来,收获开始到来,大部分食物将来自转基因作物种植和鱼菜共生系统中的鱼类。养殖将使用鱼菜共生系统,鱼和植物共生,植物净化鱼的水,鱼提供二氧化碳。另外还有一些脱水食品作为备用。

空气

基地中的氧气将来自藻类养殖场。藻类(Chlorella Vulgaris)将消耗通过养殖场泵送的二氧化碳,并利用它进行光合作用,释放氧气。多余的氧气被储存在水箱中,以备不时之需。
湿度和压力等条件将受到密切监控,并可进行手动调节。

权力: 

太阳能电池板可将太阳光转化为电能,而太阳热技术则可用于加热水或其他流体,以达到各种目的,如产生蒸汽发电或为居住地供热。通过利用这些可再生能源,我们可以减少对化石燃料或核能等成本高昂且不可靠的替代能源的需求,促进月球探索和定居更可持续的未来。

 

3.2 - 你的月球营将如何处理宇航员在月球上产生的废物?

固体废物将通过管道系统进入农场大楼。在农场大楼里,噬菌蠕虫会吞噬固体废物,然后将其用于生产生物混凝土。所有固体废物都将通过该系统处理,因此不需要任何其他处理方式。不过,在必要时,我们也可以利用这些固体废物为农场施肥。蚯蚓还可以用来喂养水生植物系统中的鱼。

液体废物将通过藻类养殖场。当液体废物通过藻类管道时,藻类会清除其中的所有含氮废物,包括氨等有害元素。随后,这些水将经过化学处理,成为可饮用的水,然后再回到管道系统中。

3.3 - 你的月球营将如何与地球和其他月球基地保持通信?

无线电波一直是登月宇航员与欧空局任务控制中心之间的主要通信方式。无线电波是一种电磁波--它可以在真空中传播,这一特性使其成为太空通信的理想选择,同时还具有远距离传输数据的能力。为了与月球上的宇航员进行通信,欧空局使用了一个由地面天线和环绕地球轨道的中继卫星组成的网络。地球上的天线向中继卫星发送无线电信号,中继卫星再将信号传送到基地的天线。这样,欧空局和宇宙绿洲之间就可以进行有效的通信。欧空局和美国国家航空航天局以前的项目也曾利用无线电技术达到同样的效果。虽然目前正在开发用于空间通信的其他技术,如激光通信,但无线电波仍将是该项目实现这一目的的主要方法。

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)。

太阳风是太阳不断发出的带电粒子流,对月球表面和环境有重大影响。对这些数据的分析将通过使用名为 "太阳风离子读取装置"(或 SWORD)的设备来获得。具体来说,该项目将重点分析太阳风引起的表面充电以及与之相关的任何有害影响。该项目将利用计算机模拟进一步研究这些现象背后的机理。这项研究的结果将有助于增进我们对月球环境的了解,并有助于深入了解太阳风对太阳系中其他无空气天体的影响,同时为未来月球和火星栖息地的建造提供启示。

此外,月球环境恶劣,重力小,温度波动剧烈,缺少大气和水,这对农作物的生长提出了巨大挑战。因此,我们还将研究各种转基因作物在月球条件下的生长情况,并分析它们与非转基因作物相比的生长情况和产量。该项目还将探索基因工程技术的潜力,以提高作物对月球环境的恢复能力和适应性。这项研究的成果可能会对未来的长期太空探索任务和太空可持续农业的发展产生重大影响。通过了解转基因作物在月球农业方面的潜力,我们可以为人类在月球及更远的地方实现更可持续和自给自足铺平道路。

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?

应急程序:宇航员应做好处理设备故障、医疗紧急情况和疏散等紧急情况的准备。
心理训练:宇航员长期处于隔离和禁闭状态。心理训练可以帮助他们应对隔离、在压力下工作并保持积极的态度。
体能训练:宇航员必须接受欧空局典型的体能训练
科学训练:所有六名宇航员都必须能够操作 SWORD。操作和维护方面的培训也是必要的。
为了安全起见,还需要进行光生物反应器操作培训,以便能够随时恢复恒定的氧气供应。
生命支持系统:月球任务需要一个能支持人类生活的自给自足的栖息地。宇航员应接受操作生命支持系统的培训,如空气和水循环、食物生产和废物管理等。

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。

塔拉里亚
塔拉瑞亚是一种远程无人机,依靠太阳能供电。它是一种多用途无人机,使用一组机械臂从远距离采集岩石和月冰。无人机由通信室遥控操作,并可直接进行视频传输。
太阳能和远程通信意味着它可以长时间离开基地进行考察。位于其背部的冷藏储存空间使它能够携带月球冰等目标材料返回。

宙斯盾
Aegis 是一种利用可充电电池运行的长程车型。电池还可以通过车顶安装的太阳能电池板充电。
该车由一人驾驶,但最多可有三人在车内长期居住,因为它拥有必要的卧铺。它拥有大量的氧气和脱水食物(以及补充水分的方法)。
由于宙斯盾上有人类乘客,他们不会穿太空服,因此它是密闭的,并装有装甲,以防止发生任何形式的破坏。

伊奥凯拉
Iokheira 是一种短程侦察车,最多可容纳两名乘客。它是敞篷的,可以进行非常快速的短程旅行。该车移动速度快,但不能装载大量货物,用于勘探。它还可用于携带 SWORD 进行长距离监控。

塔洛斯
塔洛斯 "火箭将用于返回地球。一旦基地建立起来,塔洛斯的各个部分将被单独 3D 打印出来,以建造一个能够在紧急情况下返回地球的火箭,以防宇航员受到伤害。由于基地可以自给自足,因此无需从地球向基地运送物资。