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。

Project Selene

Tudor Vianu国家计算机科学高中  布加勒斯特-第1区    罗马尼亚 17   6 / 2 英语
三维设计软件：Blender


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


https://vianuprojects.com/2022-2023-esa-moon-camp/

1.1 - 项目描述

塞琳娜项目是现代宇航工程发展过程中的一个重要里程碑，其目的是在月球上建立第一个载人空间定居点。这个三阶段项目的首要目标是创建一个自我维持的月球栖息地，重点是进行科学研究。考虑到资源丰富、辐射覆盖、居民安全、生活质量和科学价值，月球南极的沙克尔顿火山口已被选定为Moon camp的理想地点。

为了保护宇航员免受恶劣的月球环境的影响，Moon camp将在地面上建造，利用铸造的雷石作为防止微陨石的天然屏障和温度波动的绝缘体。为了提供对高辐射事件的保护，该项目包括一个用更厚的铝墙加固的专用房间。为了防止雷石对人类和设备的有害影响，将使用特殊的太空服和清洁系统。

Moon camp将使宇航员能够持续获得基本资源，如水、食物、空气和电力。水将通过从两极提取水冰和使用反渗透来获得，而新鲜的食物将通过水耕法与月球雷石中的植物生长相结合来生产。

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）。

在我们团队看来，月球营代表了现代宇航进化的一个起点。塞琳娜项目的最终目标是月球栖息地的殖民化。然而，为了实现我们的目标，月球营的结构必须分为三个主要阶段。

由于高昂的运输成本和研究目的，"塞琳娜计划 "的第一阶段将只包括第一批定居者的严格必要条件，这将是要进行研究的专业人员。在这个阶段，工程师和科学家将严格绘制和检查月球领土，以确保进一步扩大我们的Moon camp。

第二阶段包括扩大我们的基地和保证未来居民的整体发展，而第三阶段则包括引进地球殖民者。在这个阶段结束时，塞琳娜计划将成为一个旅游和商业定居点，同时保持其最初的科学目的。

2.1 - 你想在哪里建造你的月球营？解释一下你的选择。

在彻底研究了月球环境后，我们确定最有希望的地点是迄今为止位于南极的沙克尔顿火山口。为了作出决定，我们必须分析一些结论性的因素，如资源、辐射范围、居民安全和生活质量，以及科学重要性。到目前为止，沙克尔顿火山口在之前列出的每一个类别中都超出了我们的预期，让我们对塞琳娜项目如果放在这里所能取得的成就感到兴奋。

火山口的边缘几乎全年都有阳光照射，为我们的Moon camp提供持续的太阳能。此外，由于沙克尔顿的内部有阴影，其地面上积累了冰，这一点至关重要。通过电解，一个水分子可以被分离成氧气和氢气。获得的氢气可用于燃料，而氧气对居民来说是至关重要的。此外，墙壁提供了对辐射和月尘的保护，这两者都是致命的。

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。

规划和建设月球营地将是整个Selene项目中时间和资源最昂贵的部分。因此，最重要的是，月球基础设施允许在当地开采材料，并在几乎完全独立于地球的情况下平静地过渡到制造基本数量。建设中最令人担忧的部分之一将是栖息地内的气密性的维护。

然而，从富含硫磺的岩浆中可以很容易地制造出一种新形式的混凝土，除了必须的水，这将是一个溢价。还需要另一种具有泡沫质地的土工织物，以密封舱室并创造密闭的环境。作为这些材料的补充，将使用铸造雷石；这种材料与地球上的铸造玄武岩惊人地相似。这种材料是通过在一个模具中熔化雷石获得的，然后慢慢冷却，以便形成结晶结构；月球的低重力对这一过程有很大帮助。这种材料的好处是它的高度抗压和适度抗拉的特性，使建筑部件的抗压和抗拉强度是地球混凝土的十倍之多。

因此，建设的早期阶段将主要利用地球材料，建设基础设施，以便铸造雷石，这是一种高度抗侵蚀的材料，是防止微陨石和辐射的理想屏蔽物。

 

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？

我们的月球营地将必须保护宇航员免受恶劣月球环境的诸多威胁：辐射、微陨石、高温波动和月尘。

通过在地面上建立我们的基地，我们将使用混凝土雷石作为防止微陨石的天然盾牌。即使在1米左右的浅层，月球混凝土也能吸收大部分宇宙射线以及能量较低的太阳粒子，这将大大降低辐射防护所需的材料数量，从而降低我们的定居成本。然而，为了确保宇航员在高辐射事件（如太阳风暴）中的安全，用更厚的铝墙加固的专用房间将提供更充分的庇护。更重要的是，由于其卓越的热力特性，铸造的雷石也将提供第一层绝缘，以减少在栖息地内保持恒定温度所需的能量，尽管外面的温度变化有数百度。

最后，由于其结构由非常细小和尖锐的颗粒组成，雷石对人类和设备都是有害的，但也是出了名的难以清洁，早期的阿波罗任务就是证明。为了实现对月球尘埃的最小暴露，我们将采用一个组合系统：首先，将使用特殊的太空服，直接连接到气闸，从而最大限度地减少宇航员与受污染表面的接触。此外，将使用空气吸力来清洁残留物，而空气中的杂散颗粒将被空气过滤系统捕获。安置区大气和气闸之间的正压差也将确保尽可能少的灰尘进入我们的月球基地。其次，所有收集到的岩浆样品将被放置在密封的隔间里，并使用手套箱进行分析，因此永远不会与定居点的清洁空气接触。

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？

由于高温而需要的特殊设备，宇航员将能够从两极清除水冰。此外，我们将通过使用反渗透技术产生健康的饮用水，通过在压力下将水推过半透膜来去除水中的大部分污染物。我们将每周进行两次这一过程，并将剩余的水收集到一个水库中。

我们在现场生产新鲜食物的想法涉及到一个必不可少的月球温室，在那里我们将把水耕法与在月球石中种植植物结合起来，从而为我们的太空探险家提供急需的营养物质。宇航员将通过呼吸提供二氧化碳，并通过使用水循环系统从尿液中为植物提取水分。关于水耕法，我们在物理实验室做了一个模拟实验，研究豆科植物和固氮的根瘤菌之间的共生关系对植物结瘤的影响，改变的变量包括：光色和强度、磁场和根瘤菌含量。

由于我们已经决定将我们的基地放在南极的沙克尔顿火山口边缘附近，我们将受益于永久的太阳光。然后，我们将把太阳能储存在燃料电池中，这比普通电池更安全、更有效。这些也将储存额外的电力，在月食期间使用，也避免了月食时地球完全阻挡阳光的问题。

在我们离开地球之前，我们要制造一些 "补给品"，其中有足够的氧气供我们在月球上最初几天使用。然后，我们将对富含氧气的雷石进行处理：一种实验证明的方法是熔盐电解法，即在高温下将月球土壤与氯化钙混合，然后，通过在混合物中运行电流，氧气聚集在阳极周围，并在那里被采集。

3.2 - 你的月球营将如何处理宇航员在月球上产生的废物？

我们的月球营将配备一个特殊的废物管理系统，能够处理宇航员产生的所有废物。首先，所有废物将被分为有机和非有机，有机废物将被回收为肥料，用于营地的花园。此外，非有机废物将被分解成小颗粒，放在密封的容器中储存。为了确保废物不会污染月球环境，这些容器将被放置在远离营地及其活动的指定区域。然后，这些容器将由一个机器人车辆收集，并运送到位于一个排放物不会对环境造成任何伤害的区域的焚烧炉。焚烧炉还将配备一个过滤器，以确保没有有害物质被释放。

3.3 - 你的月球营将如何与地球和其他月球基地保持通信？

为了与地球和其他月球基地保持联系，我们的定居点将依靠一个先进的卫星通信系统。这个系统将实现双向通信，使我们能够发送和接收信息。此外，我们将使用短波无线电、高频无线电、卫星通信和激光通信的组合。

对于长距离通信，营地将使用无线电和激光信号的组合在月球表面发送信息，而对于短距离，我们将使用无线电和卫星信号与其他月球基地通信。工作人员还将在基地内使用语音、视频和数据传输系统，以及数据加密技术，以确保安全通信。

此外，该系统将在各种环境下运行，包括极端温度、低能见度和长距离。最后，该系统将使用各种天线以确保以尽可能高的精度发送和接收信号。

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）。

首先，我们的月球营的目的将是纯粹的科学，分析的主题分为以下几个方面：地质学、低重力和生物学；天文学；机器人学和技术。为了最大限度地提高效率，我们令人眼花缭乱的工作人员将被分成较小的专家部门：生物学家、天文学家、工程师或环境科学家。

首先，我们基地的最高目的将涉及地质学和生物学之间的结合，从而研究在月球回归岩中种植植物的可能性。然而，我们的温室还包括水培实验，这将更上一层楼，研究植物在月球低重力环境下如何进化，与我们的地球控制批次相比，如在食品部分所解释的。

不言而喻，建造一个月球栖息地直接意味着研究天文方面的问题。因此，我们的目标是彻底解释月球的起源和演变，并充分利用它的潜力。

作为人类在月球上的第一个永久性定居点，其主要目标之一将是为人类在太阳系其他行星上的殖民铺平道路，为旨在探索和定居新世界的新技术提供一个准确的试验台。此外，开发适应月球环境的机器人系统是至关重要的，因为在月球上进行运输时，性能良好的漫游车是绝对必要的。

总而言之，我们这支积极进取的团队一定会在各个领域有突破性的月球发现，因为我们无疑会在广泛的科学课题上实施越来越多的研究计划，其中一些是以前没有调查过的。例如，我们计划进一步研究其他关键学科（物理学、生物化学、生态学或动物学），甚至免疫学（评估COVID-19在月球上的传播性）。

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？

为了确保船员的能力，必须有许多测试和沉浸式项目，让科学家们为维护有史以来第一个月球基地做好准备。因此，准备工作将类似于国际空间站的培训，重点是自主控制，而不需要与地球沟通。

现场将进行任务模拟训练，使船员为可能遇到的困难做好准备。此外，参与者还将学习月球基地的资源管理技能，并学会在复杂的任务环境中发展和分享态势感知。

此外，关于发展更好的主动学习技能、通信协议和如何打包通信回路呼叫的课程也将被添加到时间表中。因此，还需要讨论与Gateway有关的操作，包括必要的远程操作要素和月球表面着陆点和穿越的参考任务。

此外，该团队将必须熟悉宇航员的探索舱外机动装置。除此以外，还将有一个模拟，其中操作架构将科学和漫游车操作整合在一个控制室中，该控制室将使工作人员习惯于在现场远程控制漫游车。

因此，我们的船员将不得不参加一个为期3周的定制计划，以使他们完全适应塞琳娜的操作和建造方式。

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。

为了有效地探索月球上的广阔表面，月球营地将配置多种类型的车辆。因此，将有两种类型的自主漫游车：一种用于提取和运输水冰，另一种用于侦察新地形。对于长距离的任务，宇航员还将利用一个载人的飞行器。这将必须配备一个能够容纳三个人的增压舱，并能完全自给自足，一次可持续数天。

说到往返地球的旅程，这将分两个阶段进行：首先，宇航员将乘坐火箭离开地球，火箭将把他们带到月球轨道上。然后，太空舱将与美国宇航局的月球门户会合，乘员将在那里踏上登陆器，以抵达月球表面。

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