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。

MRLB

  第一名 - 欧空局成员国

Nad Aleji体育馆  布拉哈-布拉格    捷克共和国 13, 15   2 / 英语
三维设计软件:Fusion 360



External URL to the team’s project (e.g. website or PDF):


https://www.osymo.com/moonbase

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1.1 - 项目描述

欧空局对阿特米斯计划的贡献之一可能是一个小型月球仪。 庇护所它以后将被改造成一个月球基地。我们提出了这样一个供两名宇航员使用的月球庇护所。

主要的标准是,使用EL3可以将盖子运到月球,EL3到月球的有效载荷为1.5吨。我们没有设法完全达到这个重量限制,但在进一步修改和发展设计后,达到这个限制也不是不现实的。考虑到如此低的重量,庇护所的设备是非常基本的,但它可以在月球探索的初始阶段很好地实现其目的。

该庇护所由一个密封的 模块 和一个非密封的 门廊.该模块容纳了大部分的设备,工作人员在其中生活和工作。舱内上方有一个门廊,作为室外设备、不打算在现场分析的样品等的仓库。乘员从舱内到避难所,然后通过一个非常规的放置在舱顶的气闸到地面。这使得建造辐射防护罩更加容易,并简化了整体设计。

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)。

月球殖民化将给我们带来许多好处。它将成为太阳系探索的一个跳板。在月球基地建设过程中开发的发现和技术也将有助于我们在地球上的工作。

我们的庇护所的目的是在月球上建立一个基地,围绕它可以建立更多的定居点。建造其他模块的所有必要技术都将在它上面进行测试。

在未来,我们计划将该基地主要用于科学和技术目的。前往火星的技术将在那里开发。利用ISRU,我们可以在月球上建造整个探测器,并将其送往太阳系。我们可以研究新的先进的生命支持系统或进行红外天文学研究。商业用途也将是很重要的,这将确保未来基地的融资。

2.1 - 你想在哪里建造你的月球营?解释一下你的选择。

庇护所是为最多5天的黑暗而制作的,所以基地位置的选择实际上非常有限,只有南极的几个地区,即沙克尔顿火山口的边缘。如果它在黑暗中超过5天,它就会被冻住。作为18米高的太阳能电池板将比基地的其他部分被照亮得更久。

照明是庇护所本身位置的唯一限制性标准,但需要考虑进一步的发展,即需要在永久遮蔽的区域获得水冰。幸运的是,沙克尔顿火山口的边缘也符合这一标准。

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。

庇护所将完全从地球上带来。它将使用阿丽亚娜6号+EL3发射,或者说是阿丽亚娜NEXT+EL3(或EL3的某个后继者)。在发射和飞越月球之后,EL3将与庇护所一起降落,然后从EL3上卸下。我们还没有设计出确切的庇护所卸载机制,因为我们不知道EL3到底会是什么样子。

用来 "建造 "庇护所的唯一东西将是作为辐射屏蔽的月球雷石。最终,16袋雷石将被放置在庇护所周围,提供0.5米的辐射屏蔽。这些袋子将使用RASSOR挖掘机进行填充。它每天最多可以移动700公斤的雷石。每个袋子包含1200公斤的石膏。在第一次任务中,将只填充睡房周围的四个袋子,这将需要7天时间。RASSOR总是收集岩浆,然后沿着斜坡开到袋子的顶部,在那里倾倒岩浆。在每个袋子装满后,工作人员将不得不重新安置坡道。其余的工作将在自主模式下进行。

至于庇护所的结构,我们主要使用轻而坚固的碳纤维复合材料,这使我们能够减少整体重量。

在未来,袋子将不再用于辐射屏蔽,而是用雷石进行3D打印。它可以用来制作漫游车的车库,可以用来为充气式栖息地创造保护。

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?

在月球上,我们会遇到几种类型的辐射,即GCR、SPE,以及GCR或SPE与材料相互作用后产生的二次辐射。鉴于任务时间很短(14天),从GCR中接受的剂量是可以接受的(正如我们知道的阿波罗计划)。问题是,如果里面的工作人员被SPE击中。虽然概率很低,但它可能会产生致命的后果。因此,在第一次任务中,将在乘员舱周围增加0.5米的雷石屏蔽,并将在随后的任务中完成对整个庇护所的屏蔽。这将足以抵御较小的太阳风暴。随着任务时间的延长,将需要增加对大型风暴的屏蔽。

微流星体在月球空间不太常见,而且轨道碎片根本不存在,所以3毫米的碳复合材料和MLI将阻止它们。添加雷公石屏蔽可以进一步提高安全性。

门廊的作用是防止灰尘。它的内部将是半清洁的,除其他外,还可用作储存可能不在舱内的东西。宇航员在进入门廊之前要仔细清洁自己。进入内部的灰尘会被一个大气活化系统过滤掉,特别是位于每个氢氧化锂罐中的一个过滤器。大气活化系统的输出端在乘员舱内。

另一个方面是热环境。在工作人员在灯下停留期间,庇护所系统将有8千瓦的输入功率需要被辐射。我们将使用一个10米长的辐射器来辐射多余的热量。在五天的黑暗中,当工作人员不在时,掩体将损失48千瓦时,这需要由锂离子电池提供,以保持系统不被冻结。

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?

洁净空气由大气控制系统提供。氧气由压力罐提供,压力为40兆帕。任务需要23公斤的氧气,加上储备的氧气,罐内有35公斤的氧气。这些氧气被添加到空气活化部分,使大气中的浓度为21%。二氧化碳是用氢氧化锂去除的。乘员组每次任务产生29公斤的二氧化碳,在加上48公斤的储备后,需要32公斤的LiOH来捕获。

由于每个周期有10%的气闸泄漏,所以需要补充氮气。盖子里将有20公斤的供应量。

食物是从地球上进口的。每天准备三餐,每次任务共有84餐。每餐的重量为0.8公斤。

水是唯一被循环利用的商品。每个船员每天要消耗4.4公斤的水。产生的水多于消耗的水,因为它是在LiOH与CO2的反应中和呼吸过程中形成的。每天需要8.8公斤的清洁水,产生12.7公斤。将被清洁的水来自厕所(尿液)或来自热交换器(大气冷凝物)。冷凝水的物质浓度足够低,可以直接使用正向渗透法进行清洗。尿液首先被真空蒸馏。正向渗透后剩下的部分再用真空蒸馏法进行清洗。该系统的效率高于80%,因此生产的水总是比消耗的多。

基础系统的功率为8千瓦,是IROSA所能提供的一半。在部分重力情况下,它不能不加修改地使用,但被用作参考。

3.2 - 你的月球营将如何处理宇航员在月球上产生的废物?

月球上的废物是一个棘手的问题,因为我们不能像国际空间站那样让它在大气层中燃烧起来。把东西带到月球上也是比较昂贵的,所以需要谨慎处理。乘员组每次任务会产生大约20公斤的废物,体积为0.2立方米。虽然目前的避难所不能以任何方式回收它,但我们将其储存在容器中,并存放在门廊里,以便进一步使用。废物将主要包括纸张和塑料包装,或吃剩的食物,从中可以获得月球上罕见的碳。我们可以使用塑料,以后可以回收并用于3D打印。以同样的方式,厕所里的固体废物被储存起来,这对将来种植植物很有价值。尿液被回收成饮用水。

3.3 - 你的月球营将如何与地球和其他月球基地保持通信?

我们将使用月光星座进行通信,庇护所的数据将主要通过该星座发送。尽管如此,防护罩将有能力以有限的模式与地球直接通信。我们还将利用月光来确定位置。宇航员或漫游者总是有可能直接与庇护所进行通信,但基本选择是月光,这也是因为从人类高度看地平线在月球上只有2.4公里远。

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)。

正如开头所说,这个避难所的主要目标是为进一步建设打下基础,所以科学设备相当简陋。因此,主要的兴趣领域包括地质学和利用当地资源的可能性。这些知识将在进一步定居时使用。

庇护所内有一个实验室,该实验室有一个手套箱,用于检查表面样本并为进一步的实验做准备。手套箱包括一个用于研究样品的荧光显微镜。手套箱的制作方式使样品完全不与庇护所内部接触。实验室的另一部分是生长室,在这里研究植物在月球环境中的栽培。例如,可以探索在雷公岩中的栽培。实验室还有一个小炉子和一个压力机,将用于测试不同条件下的石膏烧结及其后续强度。这将提供有价值的数据,可进一步用于开发利用雷石的3D打印。

为EVA设计的工具包括锤子、钳子、筛子、岩心钻机和其他地质勘探设备。还将提供用于快速岩石分析的光谱仪。用于测量空间天气或微流星体撞击的仪器可能位于基地的外部。

在未来,将增加医疗设备,其他研究岩石的仪器,如电子显微镜,以及在部分重力下研究物理和化学的仪器。以后,天文学将开始在我们的基地进行。

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?

培训将主要涉及与庇护所各个系统的学习。有必要学习在发生故障时的表现以及如何维修。接下来,将对个别操作进行培训。第一次任务的主要目标包括从雷石中建立辐射屏蔽,因此将练习在月球外部的工作和与RASSOR的工作。训练的最后一个领域将是科学。船员们必须完成广泛的地质课程(如果船上没有地质学家),以便从用于科学的有限时间中获得最佳结果。训练也可以在地球上的火山地区进行。一些训练也将在抛物线飞行中进行,以模拟减少的重力。

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。

庇护所将使用欧洲大型物流渲染器被运送到地面,该渲染器由阿丽亚娜6号发射。阿丽亚娜NEXT有可能在庇护所准备好的时候就已经到位。乘员将乘坐 "猎户座 "从地面发射,该飞船将由SLS发射。在月球上,它被转移到星际飞船HLS上,然后用它来降落。庇护所将距离星舰HLS和阿特米斯大本营几十公里,以增加月球探索和人类定居的半径。船员们将在一个密封的(在紧急情况下,也可以是非密封的)漫游车的帮助下移动。在任务结束时,船员将使用漫游器返回阿特米斯基地营,并使用星际飞船HLS和猎户座返回地球。