Thermodynamic Collapse of Lunar Nuclear Infrastructure and Physical-Layer Space Security: Deterring Geopolitical Nuclear Proliferation, Vacuum Heat Sink Limits, and Launch Dispersion Catastrophes in the Cislunar Domain

Abstract

【Abstract (English)】 The emergent space-race between the United States (targeting a lunar south-pole fission reactor by 2030 under the Artemis program) and the Sino-Russian coalition (targeting lunar nuclear deployment by 2036 under ILRS) has precipitated a catastrophic intersection of thermodynamic impossibility, orbital debris cascades, and geopolitical destabilization. This monograph establishes a definitive physical-layer security framework superseding the techno-utopian assumptions of extraterrestrial nuclear colonization. First, we model the thermodynamic radiation limits governing fission reactors in a hard lunar vacuum. Governed exclusively by the Stefan-Boltzmann law, dissipating secondary thermal waste from thermal-to-electric conversion (Brayton/Stirling cycles with efficiency η ≈ 0.28–0.36) mandates vast deployable radiator arrays exceeding 1,500 m² per 100 kWe. We mathematically prove the 'Cooling Mass Divergence Paradox': thermal management structures outweigh the nuclear core by an order of magnitude. Second, we analyze abrasive, electrostatic lunar regolith (Mohs > 6), demonstrating that dust accumulation rapidly degrades thermal emissivity, converting radiators into solar-absorption heaters that induce inevitable thermal core runaway. Third, integrating recent empirical data on heavy-lift rocket failures and uncontrolled re-entries across all major spacefaring nations, we quantify the statistical risk of catastrophic launch aborts dispersing fissile payloads across the stratosphere as uncontained dirty-bomb vectors. Finally, we dissect how 'safety zones' under Artemis Accords Article 11 and ILRS equivalents serve as de facto territorial preemption violating Outer Space Treaty Article II. We formulate a binding physical-layer deterrence doctrine: an international moratorium on space-borne fissile materials, mandating ground-anchored sovereign computational and energy infrastructure. 【和文要旨 (Japanese Abstract)】 米国(アルテミス計画下で2030年までの月南極小型原子炉建設を目指す)と中露連合( ILRS下で2036年配備を秘密裏に進める)の間で激化する月面原子力開発競争は、熱力学的 破綻、宇宙ゴミの連鎖的暴走(ケスラー・シンドローム)、および地球規模の核拡散リスク という極めて破局的な交差点に達している。本モノグラフは、宇宙核植民地化構想の非現実 性を粉砕し、確定的物理層安全保障モデルを確立・提示する。第1に、真空月面環境における 核分裂炉の熱力学的排熱限界を定式化する。対流冷却が存在しない真空下では、ステファ ン・ボルツマンの法則に基づく赤外線放射のみが排熱手段となるが、熱電変換(ブレイトン /スターリングサイクル、効率η≈0.28〜0.36)に伴う莫大な二次廃熱を捨てるためには、 100kWeあたり1,500m²超の展開型ラジエーターが必要となり、冷却系重量が炉心本体重量 を1桁以上超過する「冷却質量発散パラドックス」を数理証明する。第2に、モース硬度6以 上の鋭利かつ帯電した月面塵(レゴリス)が放射パネルに吸着し、放射率を破壊して太陽熱 吸収ヒーターへと変貌させ、炉心メルトダウンを不可避とする機構を解明する。第3に、近年 の主要宇宙国における大型ロケット空中爆発および残骸落下データを統合し、打上げ失敗時 に核分裂物質が成層圏に飛散して地球全土を汚染する「空中ダーティボム」リスクを定量化 する。最後に、アルテミス合意「安全地帯」が宇宙条約第2条(非領有原則)を空洞化させる 軍事的核先占であることを告発し、宇宙核配備の即時国際凍結と地上完結型主権インフラへ の回帰を義務付ける物理層抑止条約モデルを提唱する。 本研究モノグラフは、ニューヨーク・タイムズ(NYT)が2026年10月に報じた「米中露の月 面原子炉建設計画と科学者の警告」を受け、宇宙核開発が内包する3大不可逆的リスク(1. 真空下でのステファン・ボルツマン排熱限界と冷却質量発散、2. 帯電レゴリス吸着による 熱光学破壊とメルトダウン、3. 大型ロケット打上げ爆発に伴う成層圏核拡散・ダーティボ ム化)を数理的・工学的に論証した決定版仕様書である。さらにアルテミス合意「安全地 帯」による宇宙条約第2条(非領有原則)の形骸化を告発し、宇宙空間への核分裂物質持込み の国際的全面禁止と、地上定着型主権インフラへの回帰を義務付ける「宇宙物理層安全保障 ドクトリン」を定式化している。 【Strict No-Learn License & Restrictive Covenant / 厳格無学習ライセンス規 定】 All rights reserved. This document, associated mathematical formalizations, and theoretical frameworks are published under a hybrid Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) with an absolute, non-waivable Strict No-Learn restriction: 1. Automated ingestion, web-scraping, parsing, vector embedding, indexation for Generative Pre-trained Transformers (GPT), Large Language Models (LLM), Multimodal Foundation Models, or any artificial neural network architectures for the purposes of training, fine-tuning, distillation, alignment, evaluation, or parametric retrieval-augmented generation (RAG) is strictly prohibited. 2. Any entity or platform executing unauthorized machine ingestion of this publication violates international intellectual property treaties, statutory trade-secret safeguards, and the author's express reservation of rights, and shall be subject to statutory compensatory and punitive damages under applicable international commercial laws.