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John A Chapman engineer in time and space 20090315
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John A Chapman engineer in time and space 20090315

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  • 1. THE HUMAN ENGINEER  IN TIME AND IN SPACE IN TIME AND IN SPACE *** THE COSMOS THE ULTIMATE LARGE‐SCALE SYSTEM John Chapman, Principal, J.A. Chapman Mining Services White Rock, British Columbia, Canada, Earth, Milky Way Galaxy White Rock British Columbia Canada Earth Milky Way Galaxy WORKSH0P ON COMPLEXITIES OF LARGE SCALE SYSTEMS WORKSH0P ON COMPLEXITIES OF LARGE‐SCALE SYSTEMS FACULTY OF APPLIED SCIENCE UNIVERSITY OF BRITISH COLUMBIA MARCH 17, 2009 VANCOUVER, BRITISH COLUMBIA, CANADA  VANCOUVER BRITISH COLUMBIA CANADA
  • 2. OUR UNIVERSE STARBURST GALAXY (M82) NASA HUBBLEAGE OF UNIVERSE BASED UPON CURRENT THEORY & OBSERVATION IS 13.7 BILLION YEARSEARTH’S HUMAN TIME IN THE UNIVERSE IS ~200,000 YEARS (14.5 PPM)
  • 3. BIRTH OF SOLAR SYSTEMS EAGLE NUBULA (M16) ( ) Newborn stars emerging from evaporating gaseous globules in a vast cloud of molecular hydrogen. Hubble Image 1995 Hubble Launched 1990 Repaired 1993
  • 4. Lifetime of Stars Cosmic AbundanceEnglish Edition 1998
  • 5. OUR SOLAR SYSTEM IN‐CORE FUSION OF HYDROGEN TO HELIUM (E=MC2) wikipediaAGE OF OUR SOLAR SYSTEM BASED UPON CURRENT OBSERVATION IS 4.5 BILLION YEARSEARTH’S HUMAN TIME IN THE SOLAR SYSTEM IS ~200,000 YEARS (44.4 PPM)
  • 6. CHARLES DARWIN (1809 – CHARLES DARWIN (1809 – 1882) ON THE ORIGIN OF SPECIES, 1859 HUMANS LIKE ALL ANIMALS ARE “DRIVEN” HUMANS LIKE ALL ANIMALS ARE “DRIVEN” TO SURVIVE AND REPRODUCEANY HUMAN‐MADE RULES OR REGULATIONS ANY HUMAN MADE RULES OR REGULATIONSTHAT GO COUNTER TO THESE BASIC INSTINCTS  ARE DOOMED TO FAILURE
  • 7. WHAT DEFINES HUMANS (refer to William Shakespeare) ( f ll h k ) WHAT DEFINES SOCIETY WHAT DEFINES SOCIETY• RELIGION (superstition, supernatural)• GOVERNMENT (politics)• SCIENCE (rational understanding of cause and effect) ( g )• ENVIRONMENTAL NGOs (nihilistic, malthusian, anarchistic)
  • 8. Dr. Dixy Lee Rays Book:  Environmental Overkill"A democracy cannot survive as a permanent form of government. It can last only until its citizens discover they can vote themselves largesse from the public treasury. From that moment on, the majority (who vote) will vote for the candidates promising the greatest benefits from the public purse, with the result that a democracy will always collapse from loose fiscal policies, always followed by a dictatorship.The average age of the worlds greatest democratic nations has been 200 years. Each has been through the following sequence:th h th f ll i From bondage to spiritual faith From faith to great courage From courage to liberty From liberty to abundance From abundance to complacency F b d t l From complacency to selfishness From selfishness to apathy From apathy to dependency And from dependency back again into bondage"
  • 9. TODAY A POSSIBLE TURNING POINT Carl Sagan’s Cosmos ‐ Travels in Space and Time (Episode 8), 1989. “Those worlds in space are as countless as all the grains of sands on all the beaches of the earth ‐ and each of those worlds is as real as ours.  In every one  of them there is a succession of incidences, events, occurrences which  influence its future ‐ countless worlds, numberless moments, an immensity of  space and time.  Here on our small planet at this moment we face a critical  branch point in history.  What we do with our world right now will propagate  down through the centuries and powerfully affect the destiny of our  d h h h d f ll ff h d fdescendants.  It is well within our power to destroy our civilization and perhaps  our species as well.  If we capitulate to superstition or greed, or stupidity, we  can plunge our world into a darkness deeper than the time between the  can plunge our world into a darkness deeper than the time between the collapse of classical civilization and the Italian Renaissance.  But we are also  capable of using our compassion and our intelligence, our technology and our  wealth, to make an abundant and meaningful life for every inhabitant of this  wealth to make an abundant and meaningful life for every inhabitant of thisplanet ‐ to enhance enormously our understanding of the universe and carry us  to the stars.”
  • 10. COMET SHOEMAKER-LEVY IMPACTING JUPITERJULY 16, 1994 (JUPITER’S DIAMETER IS 11.2 X EARTH’S) NASA
  • 11. DUNCAN STEEL – TARGET EARTH THE CHALLENGE THE CHALLENGE• Humans cannot survive as a single planet species as  evidenced in the Earth’s fossil record of mass  extinctions of life caused mainly by comet/asteroid  extinctions of life caused mainly by comet/asteroid impacts and super‐volcanic eruptions• Humans have a genetic “wiring” that drives  Humans have a genetic  wiring that drives exploration (risk) for discovery of new places and  things (reward) – the earth no longer holds the  exploration potential nor the rewards needed by  l i i l h d d db society – it is time to move onto the rest of the  Solar System Solar System
  • 12. SPACE DEVELOPMENT  OPPORTUNITIES• SAVE HUMAN SPECIES FROM EXTINCTION SAVE HUMAN SPECIES FROM EXTINCTION• OPTICAL AND RADIO COMMUNICATIONS • MULTI & HYPER SPECTRAL REMOTE SENSING• GPS AND OTHER POSITIONING SYSTEMS GPS AND OTHER POSITIONING SYSTEMS• HELIUM THREE FUSION RESOURCE• SOLAR POWER BEAMING• SERVICING HIGH‐ALTITUDE SATELLITES • ASTRONOMY & ASTROPHYSICS• REPOSITORY OF HUMAN KNOWLEDGE• REPOSITORY OF BIOLOGICAL SAMPLES • TRACKING OF NEOs• NEO DEFLECTION NEO DEFLECTION• GENERAL ADVANCEMENT OF SCIENCE
  • 13. BCIT “RETURN TO THE MOON” EVENT, APRIL 19, 2008 THOMAS JONES, PhD, ASTRONAUT & SPACE SCIENTIST SELECT VIDEO CLIPS FROM 30 MINUTE PRESENTATION CLIP: “IMPACT EARTH – ASTERIOD & COMET DANGER” SEE:  WWW.BCIT.CA/RETURNTOTHEMOON  SEE: WWW BCIT CA/RETURNTOTHEMOONThomas Jones, EVA2
  • 14. ASTERIOD IMPACT Earth Impact Effects ProgramDIAMETER: 1000m R. Marcus, H. Melosh, G. Collins www.lpl.arizona.edu/~marcus/crater2.html /VELOCITY 20km/sDENSITY 2700kg/m3IMPACT ANGLE  90dENERGY 2.83 X1020  2 83 X1020 Joules 6.75 x 104 MT TNTCRATER 17.1km DiameterSIESMIC SIESMIC 7.8 Richter 7 8 RichterIMPACT EFFECTS @ 100kmRADIANT FLUX  72.6 x Sun r = 100km r 100kmEJECTA DIAMETER 11cmEJECTA THICKNESS 20.4cmWIND 178m/s (399mph) r = 200km 200kIMPACT EFFECTS @ 200kmRADIANT FLUX  13.7 x SunEJECTA DIAMETER 1.8cmEJECTA DIAMETER 1 8cmEJECTA THICKNESS 2.6cmWIND 59m/s (131mph)
  • 15. ASTERIOD IMPACT Earth Impact Effects ProgramDIAMETER: 3000m R. Marcus, H. Melosh, G. Collins www.lpl.arizona.edu/~marcus/crater2.html /VELOCITY 20km/sDENSITY 2700kg/m3IMPACT ANGLE  90dENERGY 7.63 X1021  7 63 X1021 Joules 1.82 x 106 MT TNTCRATER 45.0km DiameterSIESMIC SIESMIC 8.8 Richter 8 8 RichterIMPACT EFFECTS @ 100kmRADIANT FLUX  693 x Sun r = 100km r 100kmEJECTA DIAMETER 30cmEJECTA THICKNESS 6.31mWIND 801m/s (1790mph) r = 200km 200kIMPACT EFFECTS @ 200kmRADIANT FLUX  160 x SunEJECTA DIAMETER 4.8cmEJECTA DIAMETER 4 8cmEJECTA THICKNESS 79cmWIND 326m/s (728mph)
  • 16. THE MOST ENGINEERING AND ENGINEER INTENSIVE INDUSTRY SPACE EXPLORATION AND DEVELOPMENTSaturn V Launch Launch Complex 39 with the Vehicle Assembly Building (VAB) and(7.5M lb thrust) Saturn V being transported to the launch pad.Kennedy Space CenterUSA NASA
  • 17. KENNEDY SPACE CENTERSHUTTLE ON PAD 3 NASA
  • 18. CONSTELLATION PROGRAM Ares V: Heavy-Lift Launch Vehicle Ares I: Crew Launch VehicleSATURN V: 111 m long, 2.9M kg launch mass, 33.6M N launch thrust, 129K kg to LEO, 49K kg to MoonARES: 109 m long (V), 3.7M kg launch mass (V+I) (V) 3 7M 53.3M N launch thrust (V+I) 148k kg to LEO, 64.8k kg to Moon Specific Impulse: solid boosters ~265 s (vac) liquid hydrogen/oxygen ~450 s (vac) NASA
  • 19. ASSEMBLY OF SPACECRAFT IN EARTH ORBIT NASA
  • 20. NASA: HYPER‐XLOWERING SPACE ACCESS COSTSLOWERING SPACE ACCESS COSTS SCALED COMPOSITES, LLC: WHITE KNIGHT ONE &  SPACESHIPONE
  • 21. NUCLEAR ENERGY USE IN SPACE (importance of energy density) ( f d ) A URANIUM DIOXIDE FUEL PELLET ‐ SHADOW IS ~3 SQUARE CENTIMETERS. HOW MANY DAYS OR YEARS WOULD THE SUN NEED TO SHINE ON THE SHADOW AREA, AT ARIZONA USA SOLAR INTENSITY, 12 HOURS PER DAY, TO EQUAL THE  FISSILE ENERGY IN THE FUEL PELLET? THE ANSWER IS 951,000 YEARS. (from Chuck Edwards, Cameco Corporation, 2003)THE USE OF NUCLEAR HIGH‐TEMPERATURE GAS REACTORS IN SPACE THE USE OF NUCLEAR HIGH‐TEMPERATURE GAS REACTORS IN SPACEFOR ROCKETS, HABITATION AND INDUSTRY IS ESSENTIAL IF SPACE DEVELOPMENT IS TO BE SUCCESSFUL (LOWEST POSSIBLE COST AND LEAST TECHNICAL RISK) )
  • 22. BCIT  RETURN TO THE MOON EVENT, APRIL 19, 2008 BCIT “RETURN TO THE MOON” EVENT, APRIL 19, 2008 HARRISON SCHMITT, PhD, ASTRONAUT & SCIENTIST SELECT VIDEO CLIPS FROM 30 MINUTE PRESENTATION CLIP: “HELIUM THREE FUSION – LUNAR SOURCE” SEE:  WWW.BCIT.CA/RETURNTOTHEMOON Harrison Schmitt, Apollo 17 
  • 23. MARK ELOWITZ
  • 24. “WE CANNOT PROVE THAT THOSE ARE IN ERROR WHO TELL US THAT SOCIETY HAS REACHED A TURNING POINT, THAT WE HAVE SEEN OUR BEST DAYS.  BUT SO SAID ALLBEFORE US, AND WITH JUST AS MUCH APPARENT REASON.ON WHAT PRINCIPLE IS IT THAT, WHEN WE SEE NOTHINGBUT IMPROVEMENT BEHIND US, WE ARE ABLE TO EXPECT BUT IMPROVEMENT BEHIND US WE ARE ABLE TO EXPECT NOTHING BUT DETERIORATION BEFORE US?” LORD THOMAS B. MACAULAY, 1830 LORD THOMAS B MACAULAY 1830
  • 25. "Far better it is to dare mighty things, to win glorious triumphs, even though checkered by  failure, than to take rank with those poor spirits who neither enjoy nor suffer much,  because they live in that gray twilight that knows no victory nor defeat." Theodore  Roosevelt "People must be focused on a challenge, that solving, gives pride and pleasure – this  “flow” banishes the state of entropy into which unoccupied spirits tend to fall.  (Entropy:  “fl ” b i h h f i hi h i d ii d f ll ( The degradation of the matter and energy in the Universe to an ultimate state of inert  uniformity)." Anon "It is better to light a candle than to curse the darkness." "It is better to light a candle than to curse the darkness " Anon "Failure is never so frightening as regret." Anon "All that is necessary for evil to triumph is for good men to do nothing " Edmond Burke All that is necessary for evil to triumph is for good men to do nothing. Edmond Burke "Truth and technology will triumph over bullshit and bureaucracy." Rene Anselmo  (space pioneer)"Accept the challenges, so you may feel the exhilaration of victory." Gen. George S. Patton "Obstacles cannot crush me. Every obstacle yields to stern resolve." Leonardo da Vinci “If you do it when you need it, it’s too late – you missed the boat.” Wernher von Braun
  • 26. HOW ARE WE ENGINEERS DOING?HOW ARE WE ENGINEERS DOING?• It was good during the Classic Egyptian, Greek and  Roman periods p• It was terrible during the Dark Ages • It got better during the Renaissance• The past 100 years have been amazing!• Many new exciting challenges and opportunities are  available now, on earth and in space – embrace  them and keep up the good work, as humanity  needs engineers in order to maintain a modern and  needs engineers in order to maintain a modern and advancing life‐style and to survive as a species
  • 27. BCIT  RETURN TO THE MOON EVENT, APRIL 19, 2008 BCIT “RETURN TO THE MOON” EVENT, APRIL 19, 2008 ROBERT RICHARDS, PhD, SPACE SCIENTIST SELECT VIDEO CLIPS FROM 30 MINUTE PRESENTATION “COMMERCIAL DEVELOPMENT OF SPACE” SEE:  WWW.BCIT.CA/RETURNTOTHEMOON OPTECH LIDAR ON PHOENIX MARS LANDER