«Индия может создать производство на Луне для разработки огромных запасов ценного сырья — гелия-3 — и доставки его на Землю. Бывшие сотрудники компании Blue Origin создали стартап, который планирует заниматься добычей гелия-3 на Луне.
Луна и грош, или история гелиевой энергетики
В то же время на Луне магнитное поле отсутствует и здесь гелий-3 может свободно накапливаться в поверхностном слое грунта. Камень Чанъэ дает надежду на то, что на Луне действительно много гелия-3, который потенциально можно будет использовать для атомной энергии нового поколения. На Луне гелий-3 присутствует в очень малых количествах, но его добыча может стать очень выгодным бизнесом. В фантастической саге Иена Макдональда «Луна» (2015—2017) гелий-3 используется как топливо для термоядерных установок.
Индийские эксперты заявили о создании базы на Луне через 10 лет
Гелий-3 так не образуется, и поэтому его количество на Земле ничтожно и исчисляется буквально килограммами. Запастись гелием космического происхождения с относительно большим содержанием гелия-3 можно в атмосферах Урана или Нептуна - планет достаточно больших, чтобы удержать этот легкий газ, или на Солнце. Оказалось, что к солнечному гелию подобраться проще: все межпланетное пространство заполнено солнечным ветром, в котором на 70 тысяч протонов приходится 3000 альфа-частиц - ядер гелия-4 и одно ядро гелия-3. Ветер этот чрезвычайно разрежен, по земным меркам он представляет собой самый настоящий вакуум, и "сачком" его поймать невозможно см.
Зато солнечная плазма оседает на поверхности небесных тел, не имеющих магнитосферы и атмосферы, например на Луне, и, значит, можно опустошить какую-нибудь природную ловушку, исправно пополнявшуюся последние четыре миллиарда лет. В результате плазменной бомбардировки на Луну за это время выпало несколько сотен миллионов тонн гелия-3. Если бы весь солнечный ветер оставался на поверхности Луны, то кроме 5 граммов гелия-3 на каждом квадратном метре поверхности оказалось бы в среднем еще 100 килограммов водорода и 16 - гелия-4.
Из этого количества можно было бы создать вполне приличную атмосферу, лишь немногим более разреженную, чем марсианская, или океан жидкого газа двухметровой глубины! Однако ничего подобного на Луне нет, и лишь очень малая доля ионов солнечного ветра навсегда остается в верхнем слое лунного грунта - реголите. А всего на Луне около миллиона тонн этого изотопа, по земным меркам очень много.
При современном уровне мирового энергопотребления лунного топлива хватило бы на 10 тысяч лет, что примерно в десять раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива газа, нефти, угля на Земле. Тем не менее с технической точки зрения процесс добычи довольно прост и в подробностях разработан энтузиастами колонизации Луны см. Чтобы обеспечить современную годовую потребность Земли в энергии, необходимо завезти с Луны всего лишь около 100 тонн гелия-3.
Именно это количество, соответствующее трем-четырем рейсам космических челноков - шаттлов, и завораживает своей доступностью. Однако сначала надо перекопать около миллиарда тонн лунного грунта - не такое уж большое количество по меркам горной промышленности: например, угля за год в мире добывают два миллиарда тонн в России - около 300 миллионов тонн. Конечно, содержание гелия-3 в породе не слишком велико: например, разработка месторождений считается экономически эффективной, если золота в них содержится не менее нескольких граммов, а алмазов - не менее двух каратов 0,4 г на тонну.
В этом смысле гелий-3 можно сравнить разве что с радием, которого с начала ХХ века было получено всего лишь несколько килограммов: после обработки тонны чистого урана получается только 0,4 грамма радия, не говоря уже о проблемах добычи самого урана. В начале прошлого века, в период романтического отношения к радиоактивности, радий был довольно популярен и известен не только физикам, но и лирикам: вспомним фразу В. Маяковского: "Поэзия - та же добыча радия.
В грамм добыча, в год труды". Зато гелий-3 дороже практически любого вещества, используемого человеком, - одна тонна стоила бы как минимум миллиард долларов, если пересчитать энергетический потенциал гелия в нефтяной эквивалент по бросовой цене 7 долларов за баррель. Газ легко выделяется из реголита, нагретого до нескольких сотен градусов, скажем, при помощи зеркала-концентратора солнечных лучей.
Не забудем, что еще надо отделить гелий-3 от гораздо большего количества других газов, в основном от гелия-4. Это делают, охлаждая газы до жидкого состояния и пользуясь незначительной разницей температур кипения изотопов 4,22 К для гелия-4 или 3,19 К для гелия-3. Другой изящный способ разделения основан на использовании свойства сверхтекучести жидкого гелия-4, который может самостоятельно перетечь через вертикальную стенку в соседнюю емкость, оставив после себя только несверхтекучий гелий-3 см.
Увы, заниматься всем этим придется в безвоздушном пространстве, не "в тепличных" условиях Земли, а на Луне. Придется переселить туда несколько шахтерских городов, что, в сущности, означает колонизацию Луны. Сейчас за безопасностью нескольких космонавтов на околоземной орбите следят сотни специалистов и в любой момент экипаж может вернуться на Землю.
Издание TechCrunch поделилось информацией, полученной из засекреченных презентаций Interlune, датированных весной 2022 и осенью 2023 года. Из них следует, что стартапу нужны средства, чтобы создать и протестировать оборудование для добычи гелия-3 He-3 на Луне. В последней презентации говорилось о «революционном методе извлечения» ископаемого, но подробности компания не приводила. На слайдах также представлен концепт аппарата размером с седан для извлечения образцов реголита. Однако как этот материал будет храниться и доставляться на Землю, пока не уточняется. В таком случае первая установка по извлечению гелия-3 должна начать работу в 2028 году. Гелий-3 — это стабильный изотоп гелия, использование которого может пригодиться для квантовых вычислений и развития термоядерной энергетики.
Это означает, что на Луне должно быть от 500 тысяч до нескольких миллионов тонн данного изотопа.
Учёные подсчитали, что 0,02 грамма гелия-3 в ходе реакции термоядерного синтеза выделяют энергии столько же, сколько образуется при сжигании барреля нефти 159 литров. При современном уровне мирового энергопотребления лунного топлива человечеству хватило бы на 5-10 тысяч лет, что примерно в десять раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива газа, нефти, угля на Земле. Зачем вообще добывать гелий-3 Большая часть добытого людьми гелия используется в лабораториях для научных целей. Гелий-3 используется для наполнения газовых детекторов нейтронов. Это счётчики для измерения нейтронного потока. К примеру, нейтронные мониторы используют для обнаружения незаконно перевозимых делящихся материалов и предотвращения ядерного терроризма. Также гелий-3 используют для достижения сверхнизких температур. Откачкой паров гелия-4 под вакуумом можно получить температуры до 0,7 К.
Если же откачивать пары гелия-3, то можно вплотную приблизиться к условной границе криогенных и сверхнизких температур 0,3 К. Путём растворения жидкого гелия-3 в гелии-4 достигают милликельвиновых температур около 0,02 К. Российский токамак Т-15МД Самым же полезным видом применения гелия-3 является термоядерное топливо. Однако именно этого человечество ещё пока делать и не может ввиду отсутствия гелия-3 в необходимых количествах, а также сырой технологии создания и эксплуатации токамаков. Но в теории гелий-3 является чуть ли не идеальным вариантом ядерного топлива. Дейтерий-гелиевые реакции не производят радиоактивные отходы в том числе в случае аварий , обладают высокой энергоэффективностью, вместо малополезных нейтронов выделяют протоны, которые могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, а реакторы, по расчётам учёных, будут иметь меньшие эксплуатационные затраты.
Вместе они руководят разработкой программы высадки на Луне робота, который определит основные месторождения гелия-3. Цифровой прорыв: как искусственный интеллект меняет медийную рекламу Когда два фотона соединяются с одним нейтроном и двумя электронами в процессе термоядерного синтеза в центре Солнца, это сочетание порождает высокоэнергетические частицы гелия-3. Затем солнечный ветер разносит эти частицы к разным планетам. Когда они достигают Земли, большая их часть не может проникнуть сквозь магнитосферу.
Однако на Луне атмосферы и магнитного щита нет, так что на ее поверхность постоянно падает множество высокоэнергетических частиц. По предварительным оценкам, на Луне около 1,2 млн тонн гелия-3.
Китайские ученые ищут гелий-3 в лунном грунте
"Ученые посчитали, что 1 тонна гелия-3 в термоядерном реакторе даст столько энергии, сколько сжигание 15 миллионов тонн нефти. На Луне гелий-3 присутствует в очень малых количествах, но его добыча может стать очень выгодным бизнесом. пишет Times, со ссылкой на китайского ученого. «Гелий-3 — единственный ресурс, цена которого достаточно высока, чтобы обеспечить полет на Луну и возвращение его на Землю, — заявил он. Содержание Гелия 3 на Луне в 10 тысяч раз выше, чем на Земле.
» Сокровище Луны – гелий-3
Теоретически, этот изотоп может стать перспективным топливом для реакторов, при том, что продукты его реакции не являются радиоактивными. Теоретически, запасов гелия-3 хватило бы для обеспечения Земли электроэнергией в течение 700-800 лет. Ученые также доказали, что на Луне в большом количестве есть железо, платина, титан, а также множество редкоземельных металлов.
Ученые также доказали, что на Луне в большом количестве есть железо, платина, титан, а также множество редкоземельных металлов.
Глава китайской программы исследования Луны Оуян Цзыюань заявил, что «три полета космических челноков в год могут доставлять достаточно топлива для всех людей по всему миру». Добыча гелия-3 потребовала бы астрономические суммы для организации на Луне горнодобывающей и перерабатывающей промышленности.
Теоретически, запасов гелия-3 хватило бы для обеспечения Земли электроэнергией в течение 700-800 лет. Ученые также доказали, что на Луне в большом количестве есть железо, платина, титан, а также множество редкоземельных металлов. Глава китайской программы исследования Луны Оуян Цзыюань заявил, что «три полета космических челноков в год могут доставлять достаточно топлива для всех людей по всему миру».
К недостаткам гелий-дейтериевой реакции следует отнести значительно более высокий температурный порог. Необходимо достигнуть температуры приблизительно в миллиард градусов, чтобы она могла начаться.
В настоящее время гелий-3 не добывается из природных источников, а создаётся искусственно, при распаде трития. Последний производился для термоядерного оружия путём облучения бора-10 и лития-6 в ядерных реакторах. Дополнен 12 лет назад На Земле его добывают в очень небольших количествах, исчисляемых несколькими десятками граммов за год. Другое дело — Луна, у которой нет атмосферы. В результате, этого ценного вещества там находится до 10 млн тонн по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн [4]. При термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти однако на настоящий момент не изучена техническая возможность осуществления данной реакции. Следовательно, населению нашей планеты лунного ресурса гелия-3 должно хватить как минимум на ближайшее тысячелетие.
Основной проблемой остаётся реальность добычи гелия из лунного реголита. Поэтому для добычи тонны этого изотопа следует переработать не менее 100 млн тонн грунта.
На Луне обнаружили новый минерал: почему это важно для энергетики
Добыча гелия-3 потребовала бы астрономические суммы для организации на Луне горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Китай не сообщил, когда он планирует начать добычу гелия-3 на Луне. Стартап Interlune, созданный бывшими руководителями Blue Origin, заявил о планах по добыче на Луне редкого гелия-3. На Луне же, где нет атмосферы, гелий-3 из солнечного ветра и межпланетной среды попадает на поверхность и сохраняется в реголите. Компания из США Interlune привлекла дополнительные инвестиции в размере 15 млн долларов и намерена начать добычу гелия-3 на Луне. На Луне гелий-3 присутствует в очень малых количествах, но его добыча может стать очень выгодным бизнесом.
» Сокровище Луны – гелий-3
Еще 5 миллиардов потребуются на создание ракеты многократного использования для доставки изотопа гелия с Луны. Куда нужно потратить остальные 2,5 миллиарда, ученый не уточнил. Однако при таком масштабе они вполне могут быть поглощены повседневными расходами — хватило бы денег. Свой план Шмитт представил на конференции, посвященной добыче нефти и газа в Уиллистонском бассейне, охватывающем две трети Северной Дакоты, часть Южной Дакоты, Монтаны и канадской провинции Саскачеван, сообщает iscience. Ученый считает, что план быстро окупит себя и приблизит миссию на Марс. По его словам, на участке площадью около двух кв.
Элемент, из которого получают этот изотоп, образуется в результате солнечной реакции и присутствует почти повсюду в космосе.
Однако Земля обладает лишь крошечным количеством этого элемента, что делает ее редкой находкой. Поэтому компания Interlune планирует изменить ситуацию, задействовав лунные ресурсы. Однако такой подход вызывает ряд вопросов. Во-первых, научное сообщество интересуется, как стартап собирается добывать полезный газ из лунного реголита — абразивного, каменистого и загрязненного материала, находящегося на поверхности Луны. Во-вторых, как Interlune собирается отправлять гелий-3 на Землю? И наконец, если компания добьется успеха, есть ли уверенность в том, что у нее будет большой и устойчивый рынок для поддержки ее бизнеса?
Однако в этом вопросе Мейерсон настроен оптимистично. По его словам, хотя НАСА вложило десятки миллиардов долларов в программу "Артемида" программа, целью которой является возвращение людей на Луну , он убежден, что пришло время воспользоваться этими средствами передвижения и другими ресурсами для создания лунной горнодобывающей компании. По его словам, "есть клиенты, которые уже сегодня хотят их купить". Масштабный проект, который кажется прибыльным Гелий-3 способен обеспечить неограниченный запас энергии. Один литр оценивается в несколько тысяч долларов.
По последствиям для развития цивилизации его освоение будет аналогично освоению новых континентов на Земле. Луна и есть новый континент, отделенный от нас океаном космического пространства, который сегодня, однако, легче пересечь, чем Атлантику во времена Христофора Колумба. Однако несмотря на все рассмотренные перспективы, приходится возвращаться к факту: пока мы еще очень далеки от их реализации. Когда можно ожидать построения установок термоядерного синтеза на основе 3He? По данным американских источников, возможно, через 15 - 20 лет, если на этом будут сфокусированы усилия общества и соответствующие инвестиции. Вероятно, решение нужно искать на пути синтеза с инерционным удержанием плазмы, а не с магнитным, которое используют в токамаках и заложено в основу проекта ИТЭР. Как уже упоминалось, в июне нынешнего года гостем нашего института был профессор Джералд Калсински - один из пионеров в исследовании проблемы термоядерного синтеза на 3He. На семинаре с участием российских экспертов ученый рассказал о состоянии исследований этой проблемы в США, в частности, об экспериментах на установках с инерционным электростатическим синтезом или инерционным электростатическим удержанием плазмы. Суть процесса состоит в том, что между двумя концентрическими сферическими сетками прилагается сверхвысокое напряжение порядка 100 кВ. Под действием разности потенциалов ионы устремляются от периферии к центру и сталкиваются с энергией, достаточной для возбуждения термоядерной реакции. Построены опытные установки нескольких типов. Выход термоядерной энергии при этом еще очень мал по сравнению с подводимой для зажигания. В случае описанных Калсински экспериментов Q составляет пока ничтожную величину порядка 10-5. Правда, как считает исследователь, нет фундаментальных трудностей для решения проблемы. Они в основном носят инженерный характер, причем разрешение их в рамках последовательных проектов вплоть до построения реактора, дающего полезную энергию, потребует не столь значительных средств. Речь идет о 10 - 15 годах и 6 - 8 млрд. А в проекте ИТЭР предполагают получить уже полезный выход энергии. Ведь реактор типа токамак в рамках ИТЭР представляет собой весьма массивное сооружение, а выделяющийся поток нейтронов довольно быстро приведет к разрушению материалов, образующих внутреннюю часть конструкции. При эксплуатации возникнет не только необходимость захоронения радиоактивных отходов, но и проведения громоздких, дорогостоящих и неизбежно частых каждые несколько лет восстановительных работ. Впрочем, с такими утверждениями не все согласятся. Безусловно, этой категоричной точке зрения можно противопоставить контраргументы. Многие известные физики, с которыми я затрагивал эту тему, проявляют изрядный скептицизм в отношении термоядерной энергетики на 3He. Вместе с тем нельзя не учитывать, что научная карьера большинства крупнейших специалистов в области термоядерного синтеза связана с исследованием процессов магнитного удержания плазмы и традиционными установками типа токамак. Да и в изысканиях, связанных с термоядерным оружием, вопрос о 3He не был актуален, поскольку решались другие задачи. Здесь нужно, по-видимому, прежде всего серьезное внимание к проблеме и адекватное наращивание экспериментальных и теоретических работ. Глобальная энергетика, основанная на 3He, возможна только при доставке его с Луны. Но акцентирую: для экспериментов и даже для достаточно мощного опытного термоядерного генератора гелий оттуда не потребуется. На Земле накоплены значительные количества этого элемента, используемого в термоядерном оружии. Только за счет естественного распада запасенного трития образуется 15 - 20 кг 3He в год. В распоряжении России и США в общей сложности имеется несколько сот килограммов искусственно полученного 3He. Кстати, мы продаем его американцам по 1000 дол. Нам он не нужен, а они почему-то покупают. Лунный гелий-3 потребуется не раньше, чем через 20 лет. Но еще до первой его доставки предстоит проделать грандиозную работу. Начать нужно с геологоразведки. Она включает картирование лунной поверхности, выявление и оконтуривание участков с максимальным содержанием полезных компонентов, оценку удобства их эксплуатации. Работа должна сопровождаться исследованием геологического строения Луны, выявлением ресурсов для развития локального производства. В этой связи большое значение имеет ответ на вопрос о наличии там воды. В замороженном состоянии она может присутствовать в затененных кратерах на полюсах. Свидетельства тому есть. Необходима организация экспедиций и исследование образцов с соответствующих участков. Следующий шаг - проведение экспериментальных вскрышных работ и по десорбции летучих компонентов из реголита в условиях Луны. Далее - обустройство базы. Проектирование и испытание устройств, предназначенных для производства гелия-3. Чтобы обеспечить хотя бы подготовительную стадию всех работ, понадобится доставить на Луну сотни тонн машин и материалов. Полное обеспечение потребностей землян в энергии потребовало бы порядка 20 млрд. Конечно, эти объемы представляются фантастическими. Однако сравнивать следует с теми, что проводятся в интересах энергетики на Земле. Сегодня тут добывают около 5 млрд. Объемы вскрышных работ на порядок больше. Выходит, это сопоставимо с гипотетическим масштабом на Луне. А ведь энергетическая, экологическая и экономическая эффективность сходных по масштабу работ в итоге окажется там гораздо выше.
Когда они достигают Земли, большая их часть не может проникнуть сквозь магнитосферу. Однако на Луне атмосферы и магнитного щита нет, так что на ее поверхность постоянно падает множество высокоэнергетических частиц. По предварительным оценкам, на Луне около 1,2 млн тонн гелия-3. Этот редкий изотоп способен обеспечить потребность в чистой энергии и заложить основу многомиллиардной промышленности. В недавнем пресс-релизе стартап Interlune заявляет , что обладает технологией, позволяющей добывать гелий-3 эффективно и бережно. Впрочем, Interlune — не единственная организация, положившая глаз на лунные запасы гелия-3.