SPACE NUCLEARPOWER AND MAN’S EXTRATERRESTRIALCIVILIZATION

8/8/2019 SPACE NUCLEARPOWER AND MANS EXTRATERRESTRIALCIVILIZATION

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TITLE: SPACE NUCLEARPOWERAND MANS EXTRATERRESTRIALCIVILIZATION

AIITHOR(S):Joseph J. Angelo and David Bud en &o T I u mmus2mumuEQl13 Am Ithas b o o n reproduaod from th. bgelooo~ t o pem l t t ho broadm poamlb leqvail-abil;tye

SuBMmTEDTo: Twentieth Space Congres~, Cocoa Beach, FL,April 26-28, 1983, MAsmlDISCLAIMER

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S P AC E N UC L E AR P OWE R A NDMA N S E XT RA TE RRE ST RI A L CI V I L I Z AT I ON

Dr . Joseph A . A , ? g e l o , J r . Mr . Da v i d B u de nCh a f r ma n , s p a c e T ec h no l o f a yp r o 9 r a m P r o g r a m Ma n a a e rF l o r i d a I n s t i t u t e o f T e c hn ~ l o q y L os A l a mo s Na t i o na l L ab o r a t o r yMe l b o u r n e , F L 3 2 9 0 1 L o s A l a mo s , NM 8 75 4 5

ABSTRACTOp e r a t i o n a l f l i g h t s o f t h e SP? r e Ch u t t l e h a v ei n i t i a t e d a n e x c i t i n g n e w e r a c f s ~ a c e l t i l l -z a t i o n a n d h a b i t a t i o n . I n f ~ c t , t h e s ~ a r to f t h e T h i r d Mi l l e n n i u m wi l l b e h i g h l i g h t e db y t h e e s t a b l i s hme n t o f ma f l s e x : . r a t @r r e s -t r f a l c l i , ~ l i z a t t o n , T h e r e j r e t h r e e t e c h n l -c ~ l c o r n ~ r s t o ne s u po n wh i c k h uma n e x p an s i o ni n t o s pa c e wi l l d e Pe n d :

1 ) c omp a c t e r Qr g y s Y; t e mS , e s ~e c i a l l yp owe r s n d p r o Du l ! i o n mo du l ~ s ;? ) t h e a b i l i t , yt , , r r o c t ? s se x t r a t e r r e s -t r i a l ma t e r i a l s a n y wh e r e i n h t ? l l o c f ? n -t r i c s p a c e ; a n t3 ) t h e d ev e l o pme f l t o : P e r ma ne n t h uma nh a b i t a t s f n space.

T h ? ma nn e d t n d u nma o n e d s p a c e mi s s i o n s of t h e; u t u r e wi l l riemdnd ! i r s t k i l o wa t t , t h e n me q a -wa t t , a n d ! ? v ?n t l i a l l yv t = nq i q a wa t t l e v e l s o fp owe r . E n er q v , e s p @c l a l l y n u c l e a r e ne r c J Y ,wi l l h I I I I mo s t c r i t i c a l t e c h n i c a l f a c t o r { nt h ? d ev e l o pm, ? n to f ma n s e x t r a t e r r e s t r i a lc l v i l i 7 a t l o n ,

s p a c e e x p l o i t ~ t i o n - . a n e r a c ~ a r a ~ t ~ r f ~ ~ ( ]byr o u t i n e ma n n e d n r r c s s i n t o c i s l u n a r s n a c e .Hu ma r t e . h n l c a l d e v e l o p me n t a t t h p s t a r t n ft h e n ~ x t mi l l e n n i u m wi l l b e h i g h l i o h t @d b vt h e c r e a t i o n o f ma n s e x t r a t e r r e s t r i a l c i v i l -i z a t i o n , T h e r e a r e s ev e r a l f o u n d a t i o n a lt e c h , n l c ~ l s t e p s i n v o l v ed i n t h e o f f - o l a n e te x p ~ n s i r m o f t h e h u ma n r e s o u r c e b a s e . T h e s ei n c l u r i ot h e d ev e l o p me n t o f r e u s a b l e s ~ a c et r a n s p o r t a t i o n s y s t e ms ; t h e e s t a h l l s h me n t o fm? r ma n e n ! l y ma n n e d s p a c e s t a t i o n s a n d h a s e $( I n i t i a l l yI n l o w- E a r t h - o r b i t a n d , e v en t l l a ll y , t h r o u g h o u t c i s l u r t a r s pa c e ) ; t h e d e v e l o ~ -me n t ~ f s p a c e - b a s p d I n d u s t r i e s ; t h e c r e a t i o no f l u n a r bases a n d s e t t l t ? me n t s ;a n d f i n a l l yt h e u t i l i z , ! t i o no f e x t r a t e r r e s t r i a l r @-s ou r c e s - - a s ma y b e f o u n d o n t h e Mo o n a n d t h eEa r t h - a u p r o ~c h t n q A p o o l l o / A mo r a s t p r o i d s .T h e Sp a c e Sh ) t t l p r e p r e s e n t s t h e Un i t @dS t a t e s c o mmi t me n t t o t h e f i r s t s t e o i n t h i $e x t r f l t e r r e s t r l a lRx p a ns l o n p r o c e s s , s f n c eo p e r a t i o n a l S o ~ c e Sh u t t l e s u p o o r t s r o u t l n pma n n e d a c c e s s t o n e a r - ~ a r t h SPRCP . T OI St e c h n i c a l s t e o wi l l h e f o l l o we d t s v t h e c r e # -t t o n o f p ~ r ma ne n t l y ma nn ed s p a c e h a b i t a t s . -f i r s t 1 0 l o w- E a ? t h - o r b { t ( L EO) a n d t h f ? n i n


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a c h i e v e d . T h u S , i n t h e 1 9 9 0 s a n d b e y o n d ,a dv a n c e d - d e s i g n nu c l e a r r e a c t o r s c o u l d r e p -r e s e n t a ma j o r e n e r g y s o u r c e f o r b r , t h s pa c ep o we r a n d p r o pu l s i o n s y l t e ms . S o me o f t h es o p h i s t i c a t e d s p a c e mi s s i o ns o f t o mo r r o wwi l l r e q u i r e f i r s t k i l n wa t t a n d t h en me g a -wa t t l e v e l s o f P o we r . T h i s p a p e r e x p l o r e sma n s e x t r a t e r r e s t r i a l c i v i l i z a t i o n , a n d t h er o l e e n e r g y , p a r t i c u l a r l y n u c l e a r , c an P l a yi n t h e d e v e l o pme n t o f t h a t c i v i l i z a t i o n .T HF w, J MA NI Z AT I ONOF SPACEHu ma n p r o q r e s s i s b us e d u po n c h a l l p ng e a ndc o r l t i n u e dt e c h n i c a l g r o wt h . A s ma n k i n de n t e r s t h e n e x t mi l l e n n i u m, e x pa n s i o n o f t h eh u ma n r e s o u r c e b a s e i n t o s p a c e p r o v i d e s t h ep a t h wa y f o r c o n t i n ue d ma t e r i a l d ev e l o pme n t .I n f a c t , t h e o v e r a l l d e v e l o pme n t o f c i v i l i -z a t i o n i n t h e f u t u r e d e Pe n d s o n a n o v e r -e x p an d i n g o u t l o ok - - a n o p e n wo r l d p h i l o s -o Ph . v . ~ S2 * 3 I t s c o u n t e r p a r t , a C l Os e d -wo r l d p h i l o s o p h y f o r h u ma n c i v i l ~ z a t i o n ,l e a d s e v e n t u a l l y t o e v o l u t i o n a r y s t a gn a -t i o n . A s d e mo n s t r a t e d b y t h e l a w o f n a t u r a ls e l e c t i o n , o n c e a l l f e f o r m h as b e c o me f u l l ya d a p t e d , I t a c h i e v e s a n I n t i ma t e b a l a n c ewi t h i t s e n v i r o nme n t . No f u r t h e r e v o l u -t i o n a r y c ha n q e s o c c u r , u n l e s s t h e n a t u r e a n dCh i i r a c t p r l s t i c so f t h e e n v i r o n me n t i t s e l fc h a n g e . E x p l o i t a t i o n o f s pa c e , t h e u l t i ma t ef r o n t i e r , h o we v e r , p r o v i d e s ma n k i n d wi t h a ni n f i n i t e e n v i r o nme n t i n wh t c h t o c on t i n u e t od ev e l o p a nd g r o w.Hu ma n c i v i l i z a t i o n , f o r q e d a n d mo l d e d i n t h ec r u c i b l e o f c h a l l e n q e a n d a d v e r s t t y , mu s th a v e n e w f r o n t i e r s , b o t h Ph y s i Ca l n n d P s y -c h o l o g i c a l , I n o r d e r t o f l o u r t s h . 1 13 F o rwi t h o u t s u f f i c i e n t s t t mu l { , i n d i v i d u a l s a swe l l a s e n t i r e s oc i e t i e s wo u l d e v en t u a l l yd e g e n e r a t e a n d e x p e r i e n c e a n e v e r - d e c r e a s i n gq u a l i t y o f l i f e . Ph y s i c a l f r o n t i e r s c r o v i d et h e l i v i n g s pa c es a n d n e w ma t e r i a l s wi t hwh i c h t o c o n t i n ue h uma n p r o g r e s s . P s y -c h o l o g i c a l f r o n t t e r s SUPP I Y t h e challenaetv a r i e t y , a d v e n t u r e , a n d o u t l e t f o r c r e a t i v e

c i t i n g n e w e r a o f s p a c e e x p l o i t a t i o n . O v a rt h e n e x t f e w d e c ad e s , h u ma n i t y wi l l t ? x De r l -e nc e a s u b t l e t r ? c h n o - s o c i a l t r a n s f o r ma t i o ni n wh i c h t h e p h v s i c a l c o n d i t i o n s ( e . q . , h i q hv a c u u m, we i g h t l e s s n e s s ) , r e s o u l - c ~ s( e . q . ,l u n a r a ~ d a s t e r o i d ) , a n d p r o pe r t i e s o f o u t e rs P a c e ( e . q . , v i e w o f t h e Ea r t h , b i o l o g i c a li s o l a t i o n f r o m E a r t h ) a r e e f f e c t i v e l y u s edt o b e t t e r t h e q u a l i t y o f l i f e f , ) r a l l o nEa r t h . T h i s p r o c es s h a s h e e n c a l l e d t h e h uma n i z a t i o n o f s p a c e . l , 5t t s p a r t o ft h i s Dr o c e s s , ma n ( o n l y a s e l e c t e d f e w a tf i r s t ) w i l l a l s o l e a r n t o l i v e i n s o a c e oT h e h u ma n f z a t i u n o f s oa c e i s a c omp e x d f ! -v e l o pme n t , wh i c h i d e n t i f i e s t h e s t a r t o f t h es e c o n d p h a s e o f t h e Ea r t h s P l a n e t a ? vc i v i l i z a t i o n - - e x p a n s i o no f t h e h u ma nr e s o u r c e b a s e i n t o t h e So l a r S v s t e m. l F 6T h e f i r s t p h a s e o f Dl a n e t a r y c i v i l i z a t i o nt j e q a nwi t h t h e Orlqlns of i n t e l l { a ~ n t l i f eo n Ea r t h a n d wi l l c u l mi n a t e wi t ! ) t h e f u l lu s e o f t h e t e r r e s t r i a l r e s o u r c ? b a s e . T h et h i r d , a n d p e r h aDs u l t i ma t e , o h a s e o f Dl a n e -t a r y c i v i l i z a t i o n i n v o l v e inlaratlon to t h ~s t a r s . F i g u r e 1 d i s p l a y s s o me o f t h e o o t e n -t i a l t e c h n i c a l s t e Ds t h a t mi q h t o c c u r d u r i n at h e s e c o n d p h a s e o f t h e Ea r t h s c l a \ l e t a r \ c i v i l i z a t i o n . T , 8 I n t h i s p r o . i e c t e ds e q u e nc e o f t e c h n i c a l a c h i e v e me n t s , mn nf i r s t l e a r n s h ow t o I l e - ma nPn t l vOCCUDV n oa r -E a r t h s Pa c e a nd t h t ? ne x ~ a nd s t h r o u g ho u t c l s -l u n a r s p a c e . A s s n a c e - b a s e r l i c d u $ t r i a l i o -t i o n o r o ws , a s u b t l e o u t v e r y s i g n i f i c a n tt r a n s i t i o n p o i n t i s r e a c h e o , Ma n e v e n t t i a l l vb e c ome s f u l l y s e l f - s u f f i c i e n t i n Ci s l u n a rs pa c e - - t h a t i s , t h o s e h u ma n b e i n a s l i v i n u i ns Pa c e h a b i t a t s wi l l n o l o n a e r d e De n d o n t h pEa r t h f o r t h e ma t e r i a l s n e c e s $ ~ r y f o r t h e i rs u r v i v a l . T h ! l s ,f r o m t h a t t i mr f o r wa r d ,h u ma n i t y wi l l h a v e t w o d i s t i n c t c u l t u r a ls u b s ~ t s : t e r r a n a n d n o n t e r r a n o r pxtra-t e r r e s t r i a l . r h e f i n a i s l a q c o f t h i s L s h a s @ f Di a n e t a r vc i v i l i z a t i o n w i l l b e h i q b l i a h t e d b v t h ?p?lmanen~o c c u p a n c y o f h e l i o c en t r i c o r i n t @r -p l a n e ? a r y s p a c e , Hu ma n s e t t l ? m? n t s wi l l a D-


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I i s h me n to f H e x t r a t e r r e s t r i a l c i v i l i z a -t i o n . T h r e e CT i c a l t e c h n i c a l c o r n e r s t o n e st h a t s u p p o r t t h e x c i t i n g d ev e l o pme n t a r ec u r r e n t l y o e r c e l d . T h e s e a r e : ( 1 ) t h ea v a i l a b i l i t y o f c I p ac t e n e r g y s o u r c ~s f o rp o we r a n d p r o p u l s i o n ; ( 2 ) t n e a b i l i t y t op r o c e s s ma t e r i a l s a r ~ wh e r e i n t h e So l a r S y s -t e m; a n d ( 3 ) t h e c r e i t i o n o f p e r ma n e n t h u ma nh a b i t a t s i n Outer s P l c e . 2 $ 5En e r g y - - r e l i a b l e , a b u n da n t a n d p o r t a b l e - - i sa c r i t i c a l f a c t o r i n d e v e l o p i n g a n d s u s t a : n -i n q ma n s p e r ma ne n t p r e s e n c e i n o u t e r s p a c e .S p a c e n u c l e a r p o we r s y s t e ms , i n t u r n , r e p r @-s e n t a k e y e n a b l i n g t e c h n o l o q v t h a t mu s t b ee f f e c t i v e l y i n c o r p o r a t e d i n f u t u r e s p a c ep r o g r a ms , i f i ma g i n a t i v e a n d a mb i t i o u s s p a c ea p p l i c a t i o n s a n d u t i l i z a t i o n p r o g r a n a r ea c t u a l l y t o o c c u r i n t h e n e x t f e w d e c a d e s . 8F o r e x amp l e , t h e mo v e n v ? n t o f l a r q e q u an t i -t i e s o f c a r q o f r o m l o w- E a r t h - o r b i t ( L EO) t oh i q h - E a r t h - o r b i t ( H EO) o r l u na r d e s t i n a -t i o n s , t h e o p e r a t i o n o f v e r y l a r c l es pa c ep l a t f o r ms t h r o u g h o u t c i s l u n a r s p a c e , a n t t h es t a r t - u p a n d s uc c e s s f u l o p e r a t i o n o f l u n a rb a s e s a n d s e t t l e me n t s c a n a l l b e n e f i t f r o mt h e c r e a t i v e a p p l ~ c a t i o n o f a d v a n c e d s p a c en u c l e a r p o we r t e c h n o l o g y . V e r y i ma g i n a t i v ef u t u r e s pa c e a c t i v i t i e s , s u c h a s a s t e r o i dmo v e me n t a r d mi n i n g , p l a n t ! t a r ye n g i n e e r i n ga n d c l i ma t f c on t r o l , a n d h u ma n v i s i t a t i o n st o Ma r s a n d t h e c e l e s t i a l b o d i e s b e y o n d ,c an n o t e v e n b e g i n t o b e c r e d i b l v c on s i d e r e dwi t h o u t t h e a v a i l a b i l i t y o f c omp ~ c t , p u l s e da n d s t e a d y - t t a t e , e n e r q y s up Dl i e s i n t h eme qa wa t t a nd , c v en t u a l i y , q i g n wa t t r e g i me .S i n c e t h e b e q { n n i n q o f t h e Sp a c e A g e i n t h el a t e 1 9 5 0 s , a r a ng e o f n u c l e a r p o we r s uDP I Yo o t i o ns h ns b ee n r t e v e l o De db y t h e Un i t e dS t a t e s t o s u p p o r t c i v i l i a n a n d mi l i t a r ys p a c e a c t i v i t i e s . T o mo r r o w s s p a c e P r o Qr a m,k e y e d mo r e h e a v i l y p e r n a p s t o a p p l i c a t i o n sa n d e x p l o i t a t i o n o b j e c t i v es , wI 1 l r e qu i r ee v e n l t r ~ e r q u a n t i t i e s o f r e l i o b l e , l o n q -l i v e d p owe r , Nu c l e a r e ne r q , y j u d i c i o us l y a o -p l i ? d i n f u t u r e s p a c e mi s s i o n o f f e r s s e v e r -

n uc l e a r r e a c t i o n s . T h es e r e a c t i o n s i n -c l u d e : t h e s p o n t a n e o u s , y e t p r e d i c t a b l e ,d e c ay o f r a d i o i s o t o p e s ; t h e c o n t r o l l e d f i s -s i o n ~ r s P l i t t i n g o f h a v v n t i c l e i ( s u c h a s~ 1a n i u m- 2 3 5 , s y mb o l 2 U i n a $ J s t a i n e d n e [ l -t r o n c h a i n r e a c t i o n ; n d t h e f u s i o n o r i o i n -i n g t o q e t h e r o f l i q h t n u c l e i 2 ( s u c h a s d e L J -t e r i u m a n d t r i t i u m, s y mb o l s 1 0 a n d 3 T r e -1 1p e c t i v e l y ) i n a c on t r o l l e d t h e r mo n c l P a Pr e a c t i o n , T h e t h e r ma l e n e r q y s o l i b e r a t e dma y t h e n b e u s ed d i r e c t l y i n s p a c e s y s t e mp r o c e s s es c f e ma n d i n Q a r q e q u a n t i t i e s o f

h e a t , o r i t ma y b e c o n v e r t e d o i r e c t l y i n t ne l e c t r i c a l p o we r . Un t i l c o n t r o l l e d t h e r mo -n u c l e a r f u s i o n i s a c t u a l l y a c h i e v ed , n u c l e a re n e r q v a p p l i c a t i o ns w i 1 1 h e b a s e d o n r a d i o -i s o t o p e d e c ay o r n u c l e a r f i s s i o n ,A q e r e r i c s pa c e n u c l e a r p o we r s y s t e m i S d e -p i c t e d i n F i q u r e 3 . He r e , t h e p r i ma r v s Ys -t e m o u t p u t i s e l e c t r i c a l . ? n e r q y , wh i c h i s. r e a t e d b y c o n v e r t i n g r a d i o i ~ ~ t , ) n ~d ec a vh e a t o r t h e t h e r ma l e n e r q y ; ~ l e a s ed i n n u c -l e a r f i s r i o n i n t o e l e c t r i c a l e n e r q y , u s l n qs t a t i c c o n v e r s i o n ( e . q . , t t w? r mo e l e c t r i c sa n dt h e r mi o n i c s ) o r d y n a mi c c o n v e r s i o n ( e , o , ,t h e Ra n k i n e , B r a y + o n , o r S t i r l i n a t h e r mo -d y n a mi c c y c l e s ) p r i n c i p l e s , Co n t e mo o r a r vo p t i o n s f o r n u c l e a r e n ~ p q y h e a t s o u r c p s a n dc o mp a n i o n p o we r - c o n v e r s i o n s u h $ y s t e ms a r ps ho wn i n F i q u r e 4 . Wh i l e t h e s e o o t i o n $ a r e ,o f c o u r s e , f , . ; a l l i n c l u s i v e , t h e v n e v Pr t h ~ -l e s s f o r m t h e b a s i s f o r i n t e l l i g e n t o l a n n i n ao f n u c l e a r - p o we r s o u r c e s a p o i i c a t i o n f o rs o a c e mi s s i o n s i n t h e n e x t d e c a d e a n d h t ? -y a n d . Rp d i o i s o t o o e a n d n u c l e s r r p c t o rDo we r s y s t e ms - - u p t o a f e w h u n d r e f i k i l o wa t t $e l p c t r i c - - a r e f b r t h e r c l a s s i f i e d { n mp t r i xf o r ma t i n F i q u r e 5 , F o r s Da c e - o o we r a o Dl i -c a t i ms i n t h ? mma wa t t r e q i me a n d t z e v o n r i ,t h e r e a r e a n u mb e r o f o o s s i b l ? a d v an c ed n u c -l e a r r f ! a c t c t e c h n o l o gy o p t i o n s , T h e s ed e s i q n s i n c l u d p t h e s o l i d - c o r e n u c l e a rr e a c t o r ( a d e r i v a t i v e o f t h p Ro v ~ r o r o c r ~ mn u c l e a r r n c k p t t e c h n o l o q v ) , t h o f l u i d i r db e d r e a c t o r , ~ n d t h e q a s e o u s c o r e n u c l e n rr e a c t o r .


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wh i l e e v e n n u mb e r d e s i g na t e n u c l e ar r e a c t o rs y s t e ms .F r o m t h e v e r y b e g i n n i n q o f t h e US s Pa ~ e n u c -l e a r p owe r p r o g r a m, g r e a t e mp ha s i s h as b e enp l a r . , . dn s a f e t y . Co n t e mp o r a r y s I o l i c ya l , dp r a c t i c es f o r a l l s pa c e n u c l e ar p o we rs ou r c e s p r o mo t e d e s i g ns t h a t e n s u r e t h a t t h el e v e l s o f r a d i o a c t i v i t y a n d t h e p r o b a b i l i t yo f n u c l e ar f u e l r e l e as e wi l l n o t p r o v i d e a ~ ys i g n i f i c a n t r i s k t o t h e E a r t h s Po p u l a t i o no r t o t h e t e r r e s t r i a l e n v i r o n me n t . F o rr a d i o i s o t o p e h e at s o u r c e s , t h i s a e r o s p a c en u c l e a r s a f e t y p o l i c y e s s e n t i a l l y c on s i s t so f p r o v i d i n g c on t a i n me n t t h a t i s n o t P r e j u -d i c e d u nd er a n y c i r c ums t a nc e s , i n c l u d i n ql a u n c h a c c i d e n t s , r e - e n t r y u r i mp a c t o n l a n do r wa t e r . F o r n u c l e a r r e a c t o r s , t h e s af e t yme c h a n i s m c o n s i s t s o f ma i n t a i n i n g s u b -c r i t i c a l i t y u n d e r a l l c o n d i t i o n s , n o r ma l a n do t h e r w i s e , i n t h e E a r t h s a t mo s ph e r e o r o nt h e Ea r t h s s u r f a c e . A f t e r t h e r e a c t o r h a se x p e r i e n c e d p o we r o p e r a t i o n I n s p a c e , t h er e ac t o r w i l l b e p r e v e n t e d f r o m r e - e n t e r i n gt h e t e r r e s t r i a l b i o s p h e r e . T h i s i s a c h i e v e db y e n s ur i n g t h at t h e r e a c t o r a c h i e v e s af i n a l o r b i t t h a t h a s a s u f f i c i e n t l i f e t i met o p e r mt t t h e d e c a y o f f i s s i o n p r o d u c t s a n do t h e r r a d i o a c t i v e ma t e r i a l s t o l e v e l s t h a tn o l o n g e r r e p r e s e n t a r a d i o l o g i c a l r i s k .o r b i t a l l i f e t i me s I n e x c e s s o f 3 0 0 y e a r ss u p po r t t h i s ~ e r o s p ac e n uc l e a r s a f e t yb , i l o s op h y .A t y p i c a l s p a c e n u c l e a r r e ac t o r p o we r p l a n t ,s u c h a $ p i c t u r e d i n f i g u r e 6 c o n s i s t s o f an u c l e a r r e a c t o r a s a h e a t s ou p c e , a r a d i a -t t o n a t t e n u a t i o n s h i e l d t o Dr o t e c t t h e Pa Y -? o ad , t h e e l e c t r i c p o we r c o n v e r s i o n e q u i c i -me n t , a n d a h e a t r e j e c t i o n s y s t e m t oe l i mi n a t e wa s t e h e at ,F i q u r e 7 r o u g h l y c l a s s i f i e s t n e l e a d i n gt e c hn o l o g y c a n d i d a t e s b a s e d o n r e a c t o r t y p e ,c o n v e r s i o n s y s t e m, a r d h e at - r e j e c t i o ns y s . m. Heat-pipe r e a c t o r t e c hn o l o gy i Sc u r r e n t l y u nf i e rd e v e l o pme nt i n t h e $ P - 1 OOp r o q r a m, T h i s p r o g r a m h a s a q o a l o f d e -

c on v e r t e r . T h e l i t h i u m t h e n c on d e n s es , a n di s r e t u r n e d t o t h e e v a ~ o r a t o r e n d o f t h i ?h e a t p i o e b y t h e c a p i l l a r y a c t i o n o f t h ewi c k . No c i u mn so r c omp r ~ s s o r s a r e u s ~ d f o rh e a t t r a ns po r t . T h e f i n s a r o u n d t h e h e a tp i p e s e n h a n c e h e a t t r a n s f e r f r o m t h e U0 2f u e l t o t h e h e a t o i D e s , r e d l l C i n at h e t e n l -p e r a t u r es i n t h e U0 2 , Su r r o u n d i n g t h ec o r e i $ a c on t a i n me n t b a r r e l , wb i c f i o r o v i d p ss u p Do r t t o t h e f u e l mo d u l e s , b u t i s n o t ap r e s s u r e v es s e l . T h e c on t a i n e r a l s o p r o -v i d e s a n o nc omP r e $ s i v e s u o o o r t f o r t h em~ l t i f o i l i n s u l a t i o n . Mu l t i p l e r e f l e c t i v ei n s u l a t i o n l a y e r s r e du c e t h e c o r e h e a t 1 0 SCt o a n a c c e p t a b l e l e v e l . T h e r e f l e c t o r s u r -r o un d s t h e c o r e a n d r e f l e c t s n e u t r o n s h a c ki n t o t h e f u e l e d r e q i o n. l o c a t e d w+ t h i n t h er e f l e c t o r a r e d r u ms t h a t a ~ ~ r o t a t e d b ye l e c t r o me c h an i c a la c t u a t o r s , On o a r t o ft h es e d r u ms i s a r i e u t r o n - a b s o r Dt f o nma t e -r i a l ; t h e Po s i t f o n s o f t h f s ma t e r i a l a r eu s ed t o e s t a b l i s h t h e r e a c t o r o o we r l e v e l ,Po we r c on v e r s i o n t n t h e SP - 1 00 s y s t e m i s b yt h e d i r e c t t h e r mo e l e c t r i c c o n v e r s i o n o f h e a tt o e l e c t r i c i t y . T h e r ma l e n e r q y f s r a c l f a t e r lf r o m t h e h e a t p i p e s t o o a n e l s c on t a i r i l n qt h e r mo e l e c t r i c ma t e r ; a l . Ho t - s h o e t h e r ma lc o l l e c t o r s c o n c e n t r a t e t h e r a d i a n t e n e r o vf r o m t h e c o r e h e a t p i p e s . T h e h e a t I s c o n -d u c t e d t h r o u q h t h e t h e r mo e l e c t r i c ma t e r i a l ,p r o d u c i n q e l e c t r i c a l e n e r q y . I n s u l a t i o n i su s e d a r o u n d t h e t h e r mo e l e c t r i c ma t e r i a l t or e d u c e t h e t h e r ma l l o s s e s , He a t t h a t i s n o tu s e d f.s r a d i a t e d f r o m t h e o u t s ~ d e s u r f a c e t os P a c @ t h i s i s t h e c o l d s ho e c o mo o n e n t o ft h e t h e r mo e l e c t r i c e l e me n t s , Bv d i $ t r l h u t -i n q t h e t h e r mo e l e c t r i c e l e me n t s o v e r a wi d ea r e a wi t h a s u f f i c i e n t n u mb e r o f e l e me n t s ,t h e c o l d s h o e b e c om? s t h e !wat r e j e c t t o nr a d i a t o r , T a b l e 1 1 g i v e s . ~ ec h a r a c t e r i s -t i c s o f a 1 0 0 - k We p o we r p l a n t . T h e o o we ro l a n t we l q h s ? 6 2 5 &q i f i mo ~ o v ed s i l t c o n -q e r ma f n i u m t h e r mo e l e c t r i c ma t e r i a l s a r eu s ed , a n d l e s s t h an 2 0 0 0 k q wf t h c a r h i r l eo rs u l f i d f ? ma t e r l a ? s , T h e o v e r a l l ? e n c i t h i s8 . 5 m f o r t h e e a r n e r s , v s t e m.


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f o l l o ws a f u r t h - p o we r r e l a t i o n s h i p i n t e m-8p e r a t u r e ( T ) , h i g h r e j e c t t e mp e r a t u r e st e n d t o h a v e mu c h r e d u c ed r a d i a t ~ r a r e a s ,A s p o we r l e v e l s i n c r e a s e , h i g h e r h e a t r e j e c -t i o n t e mp e r a t u r e s u s u a l l y d omi n a t e t h ec ho i c e o f c on v e r t e r s . A l t h o u g h wo r k h a sb e e n p e r f o r me d o n a l l t h e s e c on v e r t e r s I nt h e p a s t , a c t i v i t y o n s p a c e s y s t e ms i s n ol o n g e r o n q o i n q . T h e r e a r z p e a r t o b e n o t e c h -n o l o g y b a r r i e r s t o Po we r P l a n t s UP t o a f e wme ga wa t t s , b u t a c t i v e d ev e l o pme n t i s n ee de di f a n y o f t h e p o we r o p t i o n s a b o v e a f e w h u n -d r e d k i l o wa t t s a r e t o b e a v a i l a b l e t o s p a c emi s s i o n p l a n n e r s o f t h e 1 9 9 0 s ,As t h e Do we r - 1 e v e l d ema n d FXPafldS to thetens-of-megawatt l e v e l s , s o l i d c o r e , f } u i d -i z e d b e d , o r e v en g a s eo u s c o r e r e a c t o r smi g h t b e c o n s i d e r e d . F o r s p a c e , s o l i d - c o r er e a c t o r s we r e mo s t e x t e n s i v e l y d ev e l o oe d a sp a r t o f t h e n u c l e a r r o c k e t p r o q r a m, T h eRo v e r d es i g n f e a t u r e d a g r a p h i t e - mo de r a t e d ,h d r o g e n - c o o l e d c o r e ( F i g u r e 9 ) . T h e 9 3 . 1 5%2 ~ 5 L I f u e l wa s i n t h e f o r m o f u C2 p a r t i -c l e s , c o? t e d wi t h a o y r o l y t i c g r a Ph i t e . T h ef u e l wa s a r r a n g ed i n h ex a g on a l - s h aPe d f u e le l e me n t s , c o a t e d wi t h Z r C ; e a c h e l e me n t h a d1 9 c oo l a n t c h a n n e l s , T h e f u e l e l e me n t s we r es u p p o r t e d b y a t i e - t u b e s t r u c t u r a l s uPPo r ts y s t e m, wh i c h t r a n s mi t t e d c n r e a x i a l P r e s -s u r e l o a d f r o m t h e h o t e n d o + t h e f u e l e l e -me n t c t o t h e c o r e i n l e t s u p p o r t p l a t e . S u r -r o u n d i n g t h e c o r e wa s a n e u t r o n r e f l e ~ t i v eb a r r e l o f b e r y l l i u m, wi t h 1 2 r e a c t i v i t y c o n -t r o l d r u ms c on t a i n i n g a n e u t r o n - a b s o r b i n qma t e r i a l . T h e r e a c t o r Ha s e n c l o s ed i n a na l u mi n l J mp r e s s u r e v e s s e l . E l e c t r i c p owe r UPt o 1 0 0 MW c ou ] d b e g e n e r a t e d b y r e p l a c i n gt h e r o c k e t t f i r u s t no z z l e wi t h p o we r c o n v e r -s i o n e q u i p me n t . f h i s i s a l i mi t e d - l i f e SYS -t e m, h o we k e r , A l o w- p n we r e l e c t r i c , l o n c j -l i f e mo d e c ou l d b e a c h i e v ~ d b y e x r a c t i n ge ne r q y t h r o u g h t h e t i e - t u b e s u PPo r t s Ys t e m.T h e Ro v e r t e c h n o l o g y i s r e a d y f o r f l i g h t c l e -v e l o p me n t , h a v i n q b e e n t e s t e d f n s ome 2 0 r e -a c t o r s . P e a : p e r f o r m~ n c e s s r e s h o wn i nT a b l e I I I .

t h a n z f e w t h o u s an d d e q r e e s Ke l v i n , t h e a o -Dr c o r i a t e n u c l e a r f u e l WWJ I C ! b e u r a n i umh e x a f l u o r i d e , UF ~ , Ab o v e a bn u t 5 00 0 K ,u r a n i u m me t a l wo u l d b e v a p o r i z e d a n d i o n i z e dwi t h t h e f u e l a s a f i s s i o n i n g o l a s ma , A tl o we r t e mp e r a t u r e s i t i s d e s i r a b l e , a n d a th i Q h e r t c mo e r a t u r e s i t i s n e c e$ s a r y t o k e e Dt h e q as e o u s fuel s eDa r a t e f r o m t h ~ c a v ! t vwa i l s . T h i s i s a c c o mp l i s he d t h r o l l q hf l u i dd y na mi c s b y u s i n q a h i g h e r v e l o c i t y b u f f e rq a s a l o n q t h e wa l l . P o we r i s e x t r a c t e d b vc on v e c t i o n o r o p t i c a l r a d i a t i o n , d me n d i n oo n t e mp e r a t u r e . Ga s e o u s c o r e r e a c t n r s o f f e rs i mp l e c o r e s t r u c t u r e s a n d c e r t a i n s af ? t va n d ma i n t a i n a b i l i t y a d v a n t a g e s , T h e b as i cr e s e a r c h d e v e l o pme n t wa s c o mDl e t e r i Dr i , ) r t op r o q r a m t e r mi n a t i o n , i r c l u d i n q t h e t i e mo n -s t r a t i o n o f f l u i d me c ha n i c a l v or t e x c on f i n e -me n t o f UF ~ a t d ~ n s i t i e s s u f f i c i e n t t os u s t a + n n u c l e a r c r i t i c a l i t y .

S PA CE I NDU~ T RI A L I Z AT I ONSa p c e i n d u s t r i a l i z a t i o n ma v De d e f i n d a s an e w wa v e i n ma n s t e c h n i c a l d e v e l o p me n t i nwh i c h t h e s De c i a l e n v i r o n me n t a l c o n d i t i o n$a n d P r o p e r t i e s o f o u t e r s Da c e a r e h a r n e s s df o r t h e e c on o mi c a n d s oc i a l b e n e f i t o fp e o $ l e o n Ea r t h . S o me i n t f r e s t i n q P r o p e r -ties o f SDaCe i n c i u d e ; h a r d v a c u u m, we i q h t .l e s s ne s s o r z e r o - q r a v i t v e f f e c t s , l o wv i b r a t f o n l e v e l s , a wl d ~ - a n c t l ev i e w o f Ea r t l ia n d t b e Un i v e r s e , a n d c o r i o l e t ~ i s n l a t i o nf r o m t h e t e r r e s t r i a l b i o s Dh e r e , 5 , 1 ~ * l ~Re c e n t a e r r i s p a c es t u d i e s 1 2 $ 1 3 h a v e a t -t e mp t e d t o l o o k s ome flftv wars i n t o thef ( J t u r c a nd t o c o r r e l a t e a n t i c i p a t e d h uma nn e t ? d swi t h q r o wi n q s p a c e Op po r t u n i t i e s .T h Ps e s p a c e i n c i u s t r i p , lp po r t u n i t i e s c a n h ec o n v @n l e n t l y d i v i d e d i n t o f o u l b a s i c c a t e -g o r i e s : ( 1 ) l n f o r me t l o n s e r v t c e s , ( ? ) Dr o -d u c t s , ( 3 ) e n e r q v , a n d ( 4 ) h u ma n e c ! i v i t i ~ ~ ,( S t l eF i g u r e 1 1 . )I n t h e f u l l - s c a l e e x p l o i t a t i o n o f c i s l u n a r


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h a b i t a t s , a n d f e r r y t h e s e c a r g o e s t o t h e i rf i n a l d e s t i n a t i o n s i n Ci s l u n a r s pc e . Re t u r nv o y a g e s f r o m l u n a r o r g e o s y n c h r o n o u s o r b i two u l d wi t n e s s t h e s e s ame n u c l e a r e l e c t r i cv e h i c l e s c a r r y i n g s p ac e - ma n u f a c t u r e d o rs e l e n i a n p r o d ~ c t s b a c k t o t h e t e r r e s t r i a lma r k e t s , f i n a l l y , t h e c o n t i n u e d , mo r es o p h i s t i c a t e d s c i e n t i f i c e x p l o r a t i o n o f t h eSo l a r S y s t e m wi l l a l s o r e q u i r e n u c l e a r e l e c -t r i c p r o p u l s i o n s y s t e ms a s a mb i t i o u c , a d -v a n c e d e x p l o r a t i o n m i s s i o ns a r e u n d e r t a k e nt o b o t h t h e i n n e r p l a n e t s a n d t h e o u t e rp l a n e t s .I n a r e a l s e n s e , t h e i n f o r ma t i o n s e r v i c ea r e a o f s p a c e i n d u s t r i a l i z a t i o n alreadyexists. Space p l a t f o r ms a r e n ow p ~ o v i d i n qv a l u a b l e c o mmu n i c a t i o n , n a v i g a t i o n , me t e o r o -l o g i c a l a n d e n v i r o n me n t a l s e r v i c e s t o De o p l ea r o u n d t h e g l o b e . F u r t h e r e x o a n s i o n o f s u c hs e r v i c e s i n v o l v e s mo r e ma s s i v e p l a t f o r ms i no r b i t a n d mu c h h i g h e r p o we r l e v e l s . F o r e x -a mp l e c r r e n t a e r o s p a c e i n d u s t r y e v a l u a -I Yt i o n s 2 3 3 i n d i c a t e t h a t q r e a t l y e x pa n d e di n f o r ma t i o n t r a n smi s s i o n s e r v i c e s f r o m s p a c er e p r e s e n t s o me o f t h e mo s t b e n e f i c i a l i n -d u s t r i a l i z a t i o n a c t i v i t i e s t h a t c ou l d b e a c -c o mp l i s h e d i n t h e n e x t d e c a d e o r s o . Amu l t i f u n c t i o n i n f o r ma t i o n s e r v i c e s Dl a t f o r r , ,o f t h e ma ~ o r c a p a b i l i t y is n e e de d a t Qe o -s y n c h r o no us - E a r t h - f l r b i t . A b a~ e l i n e GEOp l a t f o r m wo u l d r e q u i r e o me 5 5 0 k i l o wa t t s( e l e c t r i c ) o f p o we r . 8 , 1 ~ T b i s u n ma n n edp l a t f o r m wo u l d p r o v i d e f i v e n e w n a t i o l i w i r l ei n f o r ma t i o n s e r v i c e > : ( 1 ) d i r e c t - b r o a d c as tT V ( f i v e n a t i o n wi d e c h a n n e l s , 1 6 h o u r s p e rd ay ) ; ( 2 ) p oc k e t t e l e ph o n e s ( 4 5 , 0 0 r l p r i v a t ec h~ n n e l s l i n k ed t o t h e c u r r e n t t e l @h o n es y s t e m) ; ( 3 ) n a t i o n a l i n f o r ma t i o n s e r v i c e s( u s i n q Po c k e t t e l e p h o ne h a r d wa r e ) ; ( 4 )e l e c t r o n i c t e l e c o n f e r e n c i n g ( 1 50 t wo - wa yv i d eo , v o i c e a n d f a c s i mi l e c h a n n e l s ) ; a n d( 5 ) e l e c t r o n i c ma l l ( 4 0 mi l l i o n v a q e s t r a n s -f e r r e d Ov e r n i q h t a mg n g 8 0 0 s o r t i l l qc e n t e r , )A n o t h e r s p a c e i n du s t r i a l i z a t i o n o p p o r t u n i t yi n v o l v e s a Sg a c e P r o c e s s i n g F a c i l i t y i n

f r o m h u n d r e d s o f k i l o wa t t s ( e l e c t r i c ) t os e v e r a l me q awa t t s .

T HE MOON- K EY T O CI S L UNA R S PA CEThp bio~rl jS Earths o n l v natural satellitea n d c l o s e s t c e l e s t i a l n e i g h b o r . Re l a t i v e toi t s p r i ma r y , i t i s e x t r e me l y l a r u e . Inf a c t , t h e Ea r t h - Mo o n s y s t e m mi q h t b e r e -q a r d e d a s a d o u b l e p l a ne t s y s t e m. N~ t t o ol o n g a g o , t h e Mo o n wa s o n l y a n i n a c c e s s i b l ec e l e s t i a l o b j e c t - - b u t t o d a v , t h r o u q h t $ et e c h n o l o gy o f t h e S p a c e A g e , i t h a s b wo me a p l a n e t t o e x p l o r e , e x p l o i t , a n di n h ab i t . 1 4 T o i n i t i a t e t h e f u r t h e r e x p l o r a t i o n o f t h eMo o n , we c a n f i r s t s e n d s o p h i s t i c a t e dma c h i n e s i n p l a c e o f me n . F o r e x amDl e , a nu n ma n n e d l u n a r o r b i t e r c ou l d c i r c l e t h e Mo o nf r o m p o l e - t o - p o l e remotely measurinq itsc h e mi c a l c o mp os i t i o n , q r a v + t y , ma qn e t i s f n ,a n d r a d i o a c t l v i t y . T ? i s L u n a r P o l a r Or b i t e rmi s s i o n wo u l d c o n c i n ue t $ e s c i e n t i f i c t a s k ss t a r t e d b v t h e APO1 1 O P r o Qr a m a nd wo u l d p r o -d u c e e x t e n s i v e ma Ds o f t h e e n t i r e l u n a r s u r -f a c e , A u t o ma t e d l u n a r s u r f a c e r o v e r s wo u l db p u s e d t o ma k e d e t a i l e d l u n a r s u r f a c e s u r -v e y s , d e t e r mi n i n g Dh y s i c a l and c h e mi c a lc ha r a c t e r i s t i c s a s we l l a s s e a r c h i n q f o rp o t e n t i a l mi n e ! a l r e s ou r c e s . T h es e a u t o -

!p owe r e d b y r a d i o i s o t o o~ s ( mo s t! %l %b ~ $ v ~ ~k) will beor)erated near thep o l e s , o n h e f a r s i d e o f t h e Mo o n a n d i no t h e r i n t e r e s t i n g h u t p r e v i o u s l y u n v i s i t e dl u na r r e g i ms . T h e n , wh e n ma n h i ms e l fr e t l l r n st o t h e Mo o n , i t w i l l n o t b e f o r ab r i e f mo me n t o f s c i e n t i f i c i n q u i r v a s o c -

c u r r e d i n t h e A PO1 1 O P r o q r a m, b u t r a t h e r a sa Pe r ma n e n t i n ha b i t a n t - - b u il d i n a b a s e s f r o mwh i c h t o e x p l o r t ?t h e l u n a ~ s u r f a c e , e s t a b -l i s h i n g s c i e nc e a n d t e c h no l o q , vl a ho r ~ t o r i e s .a n d e x D l o i t i n q t h e l u n a r r e s ou r c e b a s e i ns u p p o r t o f h u ma n i t v s e x t r a t e r r e s t r i a l c i v i -l i z a t i o n .


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t o b e r u gg e d , h i g h l . Yr e l i a b l e , a n d c ap a b l eo f o p e r a t i n g i n h o s t i l e e n v i r o n me n t s f o ry e a r s a t h u n d r e d s o f wa t t s l e v e l s o f p o we r .W t h t h e c r ea t i v e u s e o f d y n a mi c Po we r -c c n v e r s i o n e q u i p me n t , a s , f o r e x a mp l e , a n o -r g a n i c r a n k i n e c y c l e , t h e GPHS c ou l d a l s o b ec ap a b l e o f s u p P l y i n g k i l o wa t t s o f p o we r i ns u p p or t o f l u n a r - d e v e l o p me n t a c t i v i t i e s .T h e i n i t i a l p e r ma n e n t l y ma n n e d l u n a r b a s e i sp r o j e c t e d t o h a v e a h a b i t a t f o r 6 - 1 2 p e r -s o n s . T o me e t t h e i r p o we r n e e d s , a 1 0 0 - k We l e c t r i c j c l e a r r e ~c t o r s ( o f t h e SP - 1 OOh e a t p i p e a n d c o r e d e s i g n ) wo u l d s up p o r t t h ei n i t i a l l u n a r b a s e ( s e e F i q u r e 1 1 ) . B y t h et i me ma n r e t u r ns t o t h e mo o n a s a p e r ma n e n ti n h a b i t a n t , t h e s e n u c l e a r r e a c t o r u n i t s wi l lh a v e a we l l - e s t a b l i s h e d e n g i n e e r i n g ~ e r f o - -ma nc e o n u nma nn s p a c e c r a f t a nd ma nn eds p a c e - s t a t i o n o pe r a t i o n s t h r o u qn ou t c i s l u n a rs pa c e . Of c ou r s e , mi n o r mo d i f i c a t i o n s o ft h e b a s : c r e a c t o r s y s t em wi l l b e n e e d e d t os u o p ~r t n ~n ne d l u n a r a c t i v i t i e s . F o r e x -a mp l e , a 4 r a d i a t i o n s h i e l d c ou l d e a s i l yb e i mp l e me n t e d u s i n g l u n a r s o i l ma t e r i a l .T h e i n i t i a l l u n a r b a s e , f o c u s i n g o n d e t a i l e de x p l o r a t i o n i n r e s o u r c e i d e n t i f i c a t i o n , w i l lt h e n e v o l v e i n t o a mu l t i h un d r e d - p e r s o n e a r l ys e t t l e me n t , On e o f t h e ma i n o b j e c t i v es o ft h i s e a r l y s e t t l e me n t wI 1 l b e t o c on d u c tb a s i c r e s e a r c h a nd d ev e l o pme n t , wh i c h t a k e sa d v a n t a g e o f t h e l u n a r e n v i r o n me n t . A no t h e rk ey o b j e c t i v e w i l l b e t h e e n g i n e e r i n g d e mo n -s t r a t i o n o f p r o t o t y p e p r o c e s s e s u p o n wh i c h av i a b l e l u n a r e c o n o my mi g h t e v e n t u a l l y b eb a s e d , E x p a n d ed v e r s i o ns o f t h e SP - 1 OO h ea t -p i p e r . a c t o r , c o u p l e d t o mo r e e f f i c i e n tp owe r - c o n v e r s i o n s y s t e ms s u c h a s B r a y t o n ,S t l r l i n q , o r Ra n k i n e c y c l e s , wo u l d p r o v i d ewg a wa t t l e ~e l s a f e l ~ c t r i c p o we r t o t h ee a r l y l d n a r s e t t l e me n t ,I n S t a ge 4 , t h e e a r l y l u n a r s e t t l e me n tma t u r e s a nd e c o no mi c a l l y e x p l o i t s P r o c e s s e s

F , n a l l y , a s t h e l u n a r s e t t l e me n t e x pa n d s a n dg r o ws e c on o mi c a l l y , a p o i n t w i l l b e r e a c he dwh e n t h e l u na r c i v i l i z a t i o n , f o r a l l p r a c t i -c a l p u r p o s e s , b e c ome s a u t o n omo us o f E a r t h ,L un a r p r o d u c t s wo u l d b e wi d e l y u s e d t h r o ug h -o u t c i s l u na r s oa c e - - t h e l u na r e c o no my , b e i n qd r i v e n b y t h e a b u n d a n c e o f n u c l e a r e l e c t r i cp o we r , ma k i n a f u l l l u n a r - c y c l e p r o d u c t i v i t ya t e c h n i c a l a n d e c on o mi c r e a l i t y . A s p a r to f t h e f u l l s e l f - s u f f i c i e n c y e x p e r i e n c e i nS t a g e 5 , a l u na r n u c l e a r f u e l c y c l e wi l la l s o e v o l v e , t a k i n q a d v an t a q e o f n a t i v eUr a n i u m a n d T h o r i u m mi n e r a l s , a s we l l a s t h ec l a s s i c b r e ed i n q r e ac t i o n s i n v o l v i n q f e r t i l e2 3 2 Th a n d 2 3 8 u ,

SUMMARYI f ma n i s t o e x o a n d b e y o n d h i s t e r r e s t r i a lwo mb a n d a s s u me h i s p r o p e r r o l e i n t h e c o s -mi c s c h e me o f t h i n q s , h e mu s t h a v e a b u n d a n t ,c omp a c t , a n d r e l i a b l e e n e r q y s up o l i e s t o a c -c omp a n y h i m o n h i s j o u r n e y b e y on d t h e Ea r t h sa t mo s p h e r e . Nu c l e a r e ne r c t y , Dr Op e r l V d e -v e l o p e d a n a u s e d , i s t h e s i n i q u a n o n f o rma n ne d e x t r a t e r r e s t r i a l c i v i l i z a t i o n .


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POWERSOURCES NA P - 3 AS NA P - 3 AS NA P - 9 AS NA P - 9 AS NA P - 9 ASNAP - 1 OA ( R EACT OR)S NA P - 1 9 B 2S NA P - 1 9 6 3S NA P - 2 7S NA P - 2 7

S NA P - 2 7S NA P - 2 7S NA P - 1 9S NA P - 2 7T t l A NS I T -

RT GS NA P - 2 7~ N AP - 1 9S NA P- 1 9SNAP-19MH14MHMt f l t i w

S UMMA RY OF S PA CE NUCL E AR P OWE R

S p f l C EC RA F TT RANS I T 4 AT RANS I T 4 i 3T RA h! s I T - 5 B N- lT RA NS I T - 5 B N- 2T RA NS I T - 5 B N- 3SNAPSHOTN I MB US - B - 1NI MBUS 1 11APOL L O 1 2APOL LO 1 3

APOL LO 1 4A P OL L ( ) 1 5P I ONEER 1 0APOL L O 1 6 T RA NS I T m- r p : - y l x )P I ONEER 1 1VI K I N G 1VI K I NG 2L ES 8 / 9V OY AGE R 2V OY AGE R 1

MI SS I ON T YPEN AV I GA T I ON ALN AV I GA T I ON ALN AV I GA T I ON ALN AV I GA T I ON ALN AV I GA T I ON ALEXPERI MENTA LMETEOROLOGI CALW4~ ROLOG I CALLUNAR

LUNARL U 4 A RPLANETARYLUNARN A V I GA T I ONA LLUNARP LA NE T/ Y r l YMARSMARSC OMMU i i i C AT I ON SP L AN E [ A RYPLANETARY

l - A BL E IS YS TE MS L A UNCHE CI B Y T HE U. S . A . ( 1 9 6 1 - 1 9 8 2 )

~ AUNCt i PAT EJ UNE 2 9 , 1 9 6 1NOVEF I B EI ? 1 5, 1 96 1SEPT EMBE I l 2 8 , 1 9 6 3DECEMBER 5 , 1 9 6 3APRI L 2 1 , 1 9 6 4AP~ l L 3 , 1 9 6 5MAY 1 8 , 1 9 6 8APRI L 1 4 , 1 96 9NOVEMBER 1 4 , 1 9 69APRI L 1 1 , 1 9 7 0

J ANUS . RY 3 1 , 1 9 71J UL Y 2 6 , 1 9 7 1MARCH 2 , 1 97 2APRI L 1 6 , 1 9 7 2SEPT EMBER 2 , 1 9 7 2OECEMBER 7 , 1 9 7 2APRr L 5 , 1 9 7 3AUGUST 2 0 , 1 97 5SEPT EMBER 9 , 1 9 7 5MARCH 1 4 , 1 97 6AUGUST 2 0 , 1 97 7S EP TE Pl 1 3 EF t, 1 9 7 7

STATUSS UCCE SS FUL L Y A CHI E VE O ORB I TS UCCE SS FUL L Y A CHI E VE D ORB I TS UCCE SS FUL L Y A CHI E VE D ORB I IS UCCE SS FUL L Y A CHI E VE C ORB I TMI SS I ON A6 0 RT EO: BURNED UP ON REENT RYS UCCE SS FUL L Y A CHI E VE S ORB I TMI S SI ON A BORT ED: HE AT S OURCE RE TRI E VE DS UCCE SS FUL L Y A CHI E VE D ORB I TS UCCE SS FUL L Y P L ACE D ON L UNA R S URF ACEMI SS I ON ABORT EG ON WAY T O MOON.HEAT SOURCE RET URNED T O SOUT H PACI F I Cf _; E AN .S UCCE SS FUL L Y P L ACE D ON L UNA R S URF ACES UCCE SS FUL L Y P L ACE D ON L UNA R S URF ACESUCCE SS FUL L Y OPE RA TE O T O J UP I T E R A NDBEYONL lSUCCESSF UL LY PL ACEO ON L UNAR SURF ACESUCCESSF UL LY ACHI EVED ORBI TS UCCE SS FUL L Y P L ACE O ON L UNA R S URF ACESL XC~ SS~ LI L L Y OPERAT ED T O J UP I T ER,SATURN , A ND B EY ON 2SU( t E SS FUL L Y L ANDE D ON MA RSS UCCE SS FUL L Y L A NDE O ON MA RSSUCCESSF UL LY ACHI EVED ORBITSUCCE SS FUL L Y OP ERA TE D T O J UP I T E RAND SATURNS UCCE SS FUL L Y OP ERA TE D T O J UP I T E RAND SATURN


11/25

T A B L E I IS P- 1 OO P E RF ORMA NCE AND MASS SUMMARY

Ou t p u t P o we r ( k We )R a n g eNo mi n a l

Re a c t o r - T h e r ma l p o we r ( k Wt )R a n g eRe f e r e n c e Ee s i g n

De s i g n L i f e ( y r )De s i g n Po h e rT o t a l

Ov e r a l l D i me n s i o nsL e n g t h ( m]Di a me t e r ( ma x ) ( m)Ra d i a t o r a r e a ( m$ )Sy s t e m i t a s s ( a t Re f e r e n c e De s i g n )Re a c t o rS h i e l dHe a t P i p t ? sT E Co nv e r s i o nT h e r ma l I n s u ; a t i o n( i n c l u d i n g ? n d p a n e l s )Ra d i a t o rS t r u c t u r e ( 1 0%)

T o t a l S y s t e m Ma s sSp e c i f i c P o we r ( W/ k g )

L a t e 1 9 8 0 s . 1 0 - 1 0 0

1 0 02 0 0 - 1 6 0 01 4 8 0

1 ;8 . 54 . 37 0

4 0 57 9 04 5 03 7 52 8 58 02 4 0.

2 6 2 53 8

1 0 - 1 0 01 0 0

9 5 0

1 ;7 . 04 . 34 3

3 7 06 7 02 1 51 5 51 9 53 51 6 5

1 8 0 55 5


12/25

Re a c t o r P o we r ( Md )F l o w Ra t e ( k g / s )F u e l Ex i t A v e r a g eT e mp e r a t u r e ( t oCh a mb e r T e mp e r a t u r e ( K )Ch amb e r P r e s s u r e ( MPa )Co r e I n l e t T e mp e r a t u r e ( KCo r e I n l e t P r e s s u r e ( MPa )Re f l e c t o r I n l e t T e mp -e r a t u r e ( K )Re f l e c t o r I n l e t Pres-s u r e ( MPa )P e r i p h e r y a n d S t r u c -t u r a l F l o w ( k g / s )

T A B L E 11 1RE AC r OR S YS T EMS T E ST S P ERF ORMA NCE

K I WI - 4 BE I NRX - A69 5 0

3 1 . 82 2 3 0

1 9 8 U3 . 4 91 0 4

4 . 0 27 2

4 . 3 2

2 . 0

1 1 6 73 2 . 7? 4 7 2

2 3 4 24 . 1 31 2 8

4 . 9 68 4

5 . 1 9

P ho e b u s - ? A4 0 8 0

1 1 9 . 22 2 8 3

2 2 5 63 . 8 31 3 7

4 . 7 36 8

5 . 3 5

2 . 3

P e we e - 15 0 7

1 8 . 62 5 5 6

1 8 3 74 . 2 81 2 8

5 . 5 67 9

5 . 7 9

6 . 4 8


13/25

5W!21

2

3

4

5

T ABL E I VST AGES OF L UNAR DEVEL OPMENT AND POWER REQUI REMENT S( 1 9 9 2 - ? 0 9 2 )

A c t i v i t y

A u t o ma t e d S i t e P r ~ p a r a t i o n

I n i t i a l L u n a r B a s e( 6 - ! 2 p e r s o n s )E a r l y L u n a r S e t t l e me n t s( 1 0 3 - 1 0 4 p e r s o n s )Ma t u r e L u n a r S e t t l e me n t( 1 0 2 - 1 0 4 p e r s o n s )A u t o n o mo u s L u n a rCi v i l i z a t i o n ( Se l f -S u f f i c i e n t L u n a rE c o n o my : > 1 0 5 p e r s o n s )

P o we r L e v e l

f e w KWe

- 1 0 0 k We

- 1 Mb ! e

- 1 0 0 MWe

Hu n d r e d s o fMe g a wa t t sE l e c t r i c

P r o b a b l e Nu c l e a rP o we r Su p p l y -

Ra d i o i s o t o p e s(RTGs)Nuclear Reactor( S P- 1 OO)E x p a n d e d SP - 1 OO( Ad v an c e d De s i g n )Nu c l e a r Re a c t o r( A d v a n c e De s i g n )Nu c l e a r Re a c t o r s( A d v a n c e De s i g n ,Co mp l e t e L u n a rNu c l e a r F u e l Cy c l e


14/25

ST EP 1 : P e r ma n e n t Oc c u p a n c y o f Ne a r - E a r t h Sp a c eo Sp a c e S t a t i o n / S p a c e Op e r a t i o n s Ce n t e r [ 6 - 1 2 p e r s o n s ]o S p a c e Ba s e [ 5 0 - 2 0 0 p e r ; o n s ]o Or b i t i n g P r o p e l l a n t a n d Se r v i c e De p o to Ne a r - Ea r t h Or b i t a l L a u n c h F a c i l i t y

ST EP 2 : Pe r ma n e n t Oc c u p a n c y o f Ci s l u n a r Sp a c eo L d r g e Po we r P l a n t s ( n u c l e a r ) a t GEO [ me g a wa t t r a n g e jo Ma n n e d Sp a c e P l a t f o r m a t GEO [ 6 - 1 2 p e r s o n s ]o Or b i t i n g L u n a r S t a t i o n [ 6 - 1 2 p e r s o n s ]o i n i t i a l L u n a r d a s e [ 6 - 1 2 p e r s o n s ]o Ci s l u n a r Or b i t a l T r a n s f e r Ve h i c l e so Pe r ma n e n t L u n a r Se t t l e me n t s [ 2 0 0 - 3 0 / 1 p e r s o n s ]

ST EP 3 : F u l l Se l f - Su f f i c i e n c y i n Ci s l u n a r S p a c eo Sp ~ c e Co n n n u n i t l e s i n E a r t h Or b i to Sp a c e Ci t i e s [ e . g . K r a f f t E h r i c k e s As t r o p o l i s J& o Ex t e n s i v e L u n a r Se t t l e me n t so Se t t l e me n t s T h r o u g h o u t Ci s l u n a r Sp a c eo Ut i l i z a t i o n o f t h e Ap o l l o / Amo r As t e r o i d s

ST EP 4 : Pe r ma n e n t Oc c u p Un c y o f He l i o c e n t r i c Sp a c e

. -


15/25

I(F

I(P

1 0 11 0 10-1

1-21

REGIMES OF POSSIBLE SPACEAPPLlcABaL13v

POWER

.

.

WVIA

:ARSDIJ R.4TION OF USE


16/25

GENERK SIPA= ~UCLEAR POWER SYSTEM

REJECTED THERMALENERGY

PRODUCTS OF b/ NUCLEAR PROCESSES

#

THERMALENERGY L

NUCLEAR ENERGY THERMAL ENERGY-TO-ELECTRICAL ENERGY

ELECTRICALkHEAT SOURCE CONVERSION > ENERGY CUTPLm

D IRECT THERMALENERGY UT IL I ZAT ION

FOR HEAT ING,COOLING

OR IN H IGH T HRU STPROPULSION SYSTEMS

F i g u r e 3


17/25

-.

OPTIONS COVERED INSPACE MUCLEAR PROGRAM

q

RA~ l OI SOT O~ E F UEL ED

[

( = P@2 )

HEAT SOURCE a REACTOR( 2 3 5 ~ )POWER

CON VE F I S I ON

~ D y NA M c e

T h e r r n oe l e c t r i c sT he r r n i o n i c Co n v e r t e r

6 r a y t o n Cy c l e T u r b i n e / G_ ~rOr g a n i c Ra nk i n e Cy c l e T u r b i n e / G~ a t o rS t i r l i n gCy Cl e / Ge * r a l Or

Figure 4


18/25

CLASSIFICATION OF NUCLEAR POWER SYSTEMTYPES BEING CONSIDERED FOR

SPACE APPLICATION

.ELECTRIC POWER RANGE

l f l UCL EA R POWER SYSTEM TYPE (MODULE SIZE) POWER CONVERSIONRADIOISOTOPE THERMOELECTRIC Up t o 2 00 We STATIC: THERMOELECTRIC

GENERATOR (RTG)RADIOISOI OPE DYNAMIC 0.5 kWe 2 k We DYNAMIC; 8RAYTON ORCONVERSION GENERATOR ORGANIC RANK INE CYCLES

REACTOR SYSTEMS 10 kWe 100 kWe STATIC: THERMOELECTRIC(HEAT POE)

REACTOR SYSTEM 1 10 MWe BRAYTON CYCLEHEAT PI PE RANK INE CYCLESOLID CORE STIRLING CYCLEREACTOR 10 100 MWe BRAYTON CYCLESOL ID CORE (OPEN LOOPjFLUIDI ZED BED STIRLINGGASEOUS CORE MHD

Figure 5


19/25

SHIELDHEAT PIPES

THERMOELECTRICPANELS

SP-I 00 NUCLEAR POWER SYSTEMRADIATIVELY COUPLED SYSTEM DESIGN

Figure 6


20/25

a1 CONVENTIONALh!- *LKNJID DROPLET, BELTak THERMOELECTRICS THERMIONICSE THERM IONICS BRAY TON RANKINE> BRAYTONRANKINE RANKINE STIRLING$ STIRLING STIRLINGv f /m5 + HEAT P IPEzU ~ x-i i i?!K

4

10-2 10-0 10 102F%UER (hiWe )

Figure 7. Leading TechnologyCa n d i d a t e s


21/25

HEAT PIPE SFWICEREACTOR

./?r-w\ . .

HEAT PIIWl UO- * l L i )YUEL LAYERS

-%)>EFLECTR)*!AFETY PLUG CAP (M) ~ .T~AL ltiSU.ATti t~T1-FM)Figure 8


22/25

REACTOR DESIGN FEATURES

CORESUPKMTPLATE

TIEmm

C.ATERALSUWWRTSPRING

!!r#ELDill F(3RWARDSEA LSEGUENT

Epl.THE~~AL, ~RAJl+[~c#~ERATED,HYDROGEN -CWLED REACTORUSED ENR ICHED 93 .15% URAN IUM-=AS FUELPOWER FIA IT EN IN G B Y VA RY IN G FU ELL OADIN G AN D FL ~ DI ST RI BU TI ONCORE INLET ORI FI CES CONTROL FLOWDISTRIBUTIONCORE SUPPORTED B Y COLD f NO :U ~RTPLAT E A ND STRUCTURA L TUB E ARRANGEM-ENTREACTIVITY CONTROL BY ROTATINGDRUMS IN REFLECTOR CONTAI NI NGNEUTRON ABSORBER

AFT ENDSWPORTRlffi

Fiaure 9. Nuclear Rocket Reactord-Design Features


23/25

iURANIUM FEED

PR c

PINS,

PLASMA--J Al 1 v-VjJ I [N DRIVER111. . .. . . .. . . . . . .. .j.)1 ~-. ..-..... -..-.-..\i\

I $$!cc:.+.IL /N FUEL\ xii

COOLANTCAVITYWALL

LLANT4-NFigure 10. Gaseous Core Reactor

Concept

.


24/25

o 1 N FORMA T I ON S ERV I CE S- I n f o r ma t i o n T r a n s mi s s i o n

[ e d u c a t i o n , me d i c a l a i d , e l e c t r o n i c ma i l , n e ws s e r v i c e s ,t e l e c o n f e r e n c e s , t e l e mo n i t o r i n g a r d t e l e o ~ e r a t i o n , t i me , n a v i g a t i o n ,s e a r c h a n d r e s c u e s . . . 1- Da t a A c q u i s i t i o n[ E a r t h r e s o u r c e s , c r o p a n d f o r e s t ma n a g e me n t , wa t e r r e s o u r c e s , we a t h e ra n d c l i ma t e , o c e a n r e s o u r c e s , mi n e r a l r e s o u r c e s , e n v i r o n me n t a lmo n i t o r i n g , l a n d u s e s u r v e y s , . . . ]

o PRODUC r S- Or g a n i c[ b i o c h e mi c e l s : i s o z y me s , u r o k i n a s e , . . . 1- I n o r g a n i c[ l a r g e s i n g l e c r y s t a l s , h i g h - s t r e n g t h f i b e r s , p e r f e c t g l a s s e s , n e wa l l o y s , h i g h - s t r e n g t h ma g n e t s , . . . ]

o ENERGY- P o we r F r o m Sp a c e[ n u c l e a r o r s o l a r ]- Nu c l e a r F u s i o n Re s e a r c h i n Sp a c e- I l l u mi n a t i o n f r o m Sp a c e

O HUMAN ACT I V I T I E S- Me d i c a l a n d Ge n e t i c Re s e a r c h- Or b i t i n g S c i e n t i f i c L a b o r a t o r i e s


25/25

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aJLSi.L

,.

Documents

SPACE NUCLEARPOWER AND MAN’S EXTRATERRESTRIALCIVILIZATION