Гелий-3 переносится на Луну солнечным ветром и, как полагают, остается на поверхности, застряв в грунте, тогда как при достижении Земли он блокируется магнитосферой. РКК «Энергия» планирует промышленное освоение Луны для добычи экологически чистого топлива гелий-3, которого нет на Земле.
Зачем американцы собрались присвоить Луну
изотоп гелий-3. В фантастической саге Иена Макдональда «Луна» (2015—2017) гелий-3 используется как топливо для термоядерных установок. Гелий-3 же в относительно больших количествах содержится в космическом гелии, который образуется, например, на Солнце при термоядерных реакциях.
Луна и грош, или история гелиевой энергетики
В 2026 году стартап рассчитывает провести демонстрационную миссию, собрать несколько образцов лунного реголита, измерить количество гелия-3 в них и попытаться извлечь его часть. По словам Мейерсона, эта миссия, скорее всего, будет выполняться в рамках одной из миссий НАСА по предоставлению коммерческих лунных услуг. Перевозками гелия-3 в будущем могут заняться SpaceX или Blue Origin, которые разрабатывают многоразовые лунные посадочные модули и системы транспортировки между лунной орбитой и Землёй.
С тех пор проводилось несколько миссий космических аппаратов для более детального изучения данного ресурса.
Результаты исследований показали, что запасы редкого гелия-3 на Луне достаточно велики, чтобы использовать в термоядерной энергетике на протяжении нескольких столетий. Также этот элемент может быть использован для создания эффективных реакторов, которые могут стать ключевыми в будущем энергетическом секторе. Поиски гелия-3 на Луне: технологии и препятствия Поиск редчайшего гелия-3 на Луне является одной из самых интересных задач современной космической науки. Так как гелий-3 не выделяет радиацию и не производит опасных отходов, он может стать ключевым компонентом в новых проектах ядерной энергетики.
Поиск этого элемента на Луне осложняется техническими и экономическими препятствиями. Добыча гелия-3 требует использования специализированного оборудования и технологий, которые еще не разработаны. Кроме того, доставка оборудования и персонала на Луну также представляет значительные трудности и затраты. Несмотря на эти сложности, некоторые страны уже начали работу по поиску гелия-3 на Луне.
Однако это открытие не вызвало у учёных особого энтузиазма. Всё изменилось с 1969 года, когда «Аполлон-11» доставил на Землю первые образцы лунного грунта. Оказалось, что лунный реголит относительно богат на гелий-3. Учёные взялись за детальное исследование возможностей данного изотопа гелия. Что такое ядерный синтез Для человечества в современном его виде добыча энергии является основополагающим фактором для комфортного существования. Из химических процессов наиболее эффективной в качестве получения энергии является реакция взаимодействия с кислородом — горение, которая сегодня служит основным источником энергии на электростанциях, транспорте и в быту. Ядерные реакции в этом смысле подобны химическим, только энергия связи протонов и нейтронов в ядре значительно больше, чем та, что связывает атомы в молекулы. Поэтому одна тонна ядерного топлива может легко заменить миллионы тонн нефти.
Но для выделения из него энергии нужно приложить немало сил нагреть его до сотен миллионов градусов, чтобы запустить термоядерную реакцию. В природе подобные процессы происходят в недрах звёзд. Люди подобную реакцию могут повторить пока только в военных целях водородная бомба. Чтобы удержать такую энергию в каком-нибудь месте и использовать в своих целях, нужны более сложные технологии. Одним из теоретических вариантов являются термоядерные реакторы токамаки , в которых изначально планировалось синтезировать гелий из дейтерий-тритиевой смеси. Главный недостаток системы — высокая радиоактивность трития, период полураспада которого составляет всего 12,5 лет. В промышленном реакторе внутренние стенки камеры сгорания необходимо будет менять через каждые несколько лет из-за радиационного разрушения материала.
Ранее считалось, что сверхтекучесть, как и сверхпроводимость — явления, характерные для бозе-конденсата, то есть кооперативные явления в среде с целочисленным спином объектов. За открытие сверхтекучести гелия-3 в 1996 г.
В 2003 году Нобелевской премией по физике отмечены Алексей Алексеевич Абрикосов, Виталий Лазаревич Гинзбург и Энтони Леггет, в том числе и за создание теории сверхтекучести жидкого гелия-3. Использование Счётчики нейтронов Газовые счётчики, наполненные гелием-3, используются для детектирования нейтронов. Это наиболее распространённый метод измерения нейтронного потока. Заряженные продукты реакции — тритон и протон — регистрируются газовым счётчиком, работающим в режиме пропорционального счётчика или счётчика Гейгера-Мюллера. К этим преимуществам относятся: Дополнен 12 лет назад 1. В десятки раз более низкий поток нейтронов из зоны реакции, что резко уменьшает наведённую радиоактивность и деградацию конструкционных материалов реактора; 2. Получаемые протоны, в отличие от нейтронов, легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации электроэнергии, например, в МГД-генераторе; 3. Исходные материалы для синтеза неактивны и их хранение не требует особых мер предосторожности; 4. При аварии реактора с разгерметизацией активной зоны радиоактивность выброса близка к нулю.
Луна . Гелий-3: новый источник энергии для космических путешествий .
| Коммерческая добыча гелия-3 из лунного грунта: стартап хочет попробовать | | Индия намерена стать лидером по добыче изотопа гелия-3, который в изобилии имеется на Луне и может стать перспективным источником энергии для Земли. |
| Американский стартап Interlune планирует добывать гелий-3 на Луне | В реголите Луны содержатся повышенные концентрации изотопа гелия-3. |
| Американский стартап Interlune планирует добывать гелий-3 на Луне | Индия к 2030 году планирует начать добычу гелия-3 (изотоп химического элемента гелия) на Луне, сообщает агентство IANS о ссылкой на заслуженного профессора Индийской организацией космических исследований (ISRO) Сиватхана Пиллаи. |
Американский стартап Interlune планирует добывать гелий-3 на Луне
Индия, испытывающая нехватку энергоносителей, может начать удовлетворять энергетические потребности благодаря Луне к 2030 году. Гелий-3 — самый лёгкий из изотопов гелия, один из двух его стабильных изотопов. Бывшие сотрудники компании Blue Origin создали стартап, который планирует заниматься добычей гелия-3 на Луне. Причем на Луне гелий-3 находится лишь в поверхностном слое и имеет солнечное происхождение, а Луна играет роль ловушки для солнечного ветра. Сообщается, что из образцов ученые смогли узнать, в какой концентрации в грунте Луны содержится гелий-3. «Индия может создать производство на Луне для разработки огромных запасов ценного сырья — гелия-3 — и доставки его на Землю.
Выходцы из Blue Origin собрались добывать гелий-3 на Луне в скором будущем
Гелий-3 есть и на Земле, но в крайне незначительных количествах. Согласно э.в. википедии на Луне запасы указанного изотопа восполняются за счёт облучения солнечным ветром, который земная атмосфера не пропускает, поэтому на Земле его гораздо меньше. Гелий-3 же в относительно больших количествах содержится в космическом гелии, который образуется, например, на Солнце при термоядерных реакциях. На Луне концентрация гораздо выше, минимальная оценка запасов превышает 500 тысяч тонн.
Редкий изотоп: как Росатом создаёт Гелий-3 из жидкого гелия
Выходит, 1 т гелия-3 заменит 20 млн. Транспортировка 1 кг груза на траектории Земля-Луна-Земля обойдется сегодня приблизительно в 20 - 40 тыс. Чтобы доставить 1 т 3He, придется перевезти 2 - 5 т сопровождающего груза в виде контейнеров, охлаждающего оборудования и т. Таким образом, доставка с Луны 1 т 3He потребует 100 млн. Кажется, огромная сумма. Для того чтобы организовать добычу 3He в промышленных масштабах, потребуется развернуть на Луне целую индустрию. Во-первых, придется вскрыть и переработать грунт на площади в сотни квадратных километров. Из каждого килограмма гелия можно получить максимум 0,3 г 3He с процессом сжижения и хранения неизбежно сопряжены потери.
Понятно, что первоначальные затраты, связанные с завозом оборудования, развертыванием лунной базы и организацией крупномасштабной добычи, будут велики. В то же время следует учесть, что в инженерном отношении все процедуры хорошо известны и достаточно просты. Гелий заключен в сорбированном состоянии в рыхлом лунном грунте, залегающем на самой поверхности. Поэтому после создания необходимого производства расходы на добычу и эксплуатацию соответствующей инфраструктуры должны быть умеренными. По расчетам американского астронавта Харрисона Шмитта, по профессии геолога, побывавшего в 1972 г. По мнению Шмитта, предварительные расходы на стадии исследований их, очевидно, должно взять на себя государство составят около 15 млрд. Затем ранее небывалый энергетический проект станет привлекательным для частных инвестиций, поскольку перейдет в разряд прибыльных.
При переработке грунта и десорбции гелия выделяться будет не только последний, но в еще больших объемах другие элементы, в том числе водород и углерод. Нетрудно также наладить получение кислорода из силикатов. Это значит, что непосредственно на Луне можно организовать синтез топлива и окислителя для ракет-носителей. Лунный грунт богат титаном. Выплавка его позволит изготовлять тяжелые фрагменты конструкции и корпусов ракет прямо на Луне. С Земли придется доставлять только высокотехнологичные элементы. Необходимую для жизнедеятельности людей и некоторых технологических процессов воду также можно получать на Луне.
Упомянутый Х. Шмитт описал спроектированный в США комбайн, предназначенный для извлечения 3He и других летучих компонентов из поверхностного слоя лунного фунта. Развертывание постоянных баз на спутнике откроет возможность использовать пребывание человека не только для добычи гелия-3, но и для иных целей. Луна - самый экономичный космодром, который сделает доступным крупномасштабное исследование Солнечной системы. Там могут и должны быть развернуты системы контроля астероидной опасности, мониторинга и раннего предупреждения катастрофических явлений и событий на Земле, изучения дальнего космоса и многое другое, что сейчас даже трудно предвидеть. Повторю: прежде всего нужно осознать, что нехватка энергии в ближайшие десятилетия - реальная проблема для всех землян, от которой не спрятаться, не уйти. Во-вторых, очевидно: единственным тотальным и долговременным ее решением, одновременно удовлетворяющим условиям энергетической эффективности и экологической безопасности, является термоядерный синтез на базе использования 3He.
В-третьих, освоение нового источника энергии - не очередной проект, реализуемый как бы между делом. Речь идет о гигантской промышленной революции, полное осуществление которой может занять целое столетие. Одновременно в нашем мышлении поэтический образ далекой Луны должен смениться представлением о ней как об объекте практической экономики. Словом, после великих географических открытий прошлых веков наш спутник станет следующим объектом приложения изыскательского духа, свойственного человечеству. 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.
Выгода очевидна", — отметил Шевченко. По его словам, в ближайшем будущем партнерам по Международной космической станции МКС следует постепенно переходить от ее эксплуатации к созданию Международной лунной станции МЛС. Получим большую практическую пользу", — заключил ученый. В настоящее время изотоп гелий-3 на Земле добывают в очень небольших количествах, исчисляемых несколькими десятками граммов в год.
Interlune изначально сосредоточится на гелии-3 — изотопе гелия, создаваемом Солнцем в процессе термоядерного синтеза, который в изобилии присутствует на Луне. В интервью Ars Technica Роб Мейерсон, один из основателей Interlune и бывший президент Blue Origin, сказал, что компания надеется отправить свой комбайн с одной из предстоящих коммерческих лунных миссий при поддержке NASA. По словам Мейерсона, план состоит в том, чтобы к 2028 году иметь на Луне пилотную установку и начать работу к 2030 году.
В случае успеха они доставят на поверхность Луны «государственно-частные» зонды в рамках проекта Программа CLPS Коммерческие лунные системы полезной нагрузки. Ожидается в 2024 году Артемида 2с экипажем из четырех астронавтов, который выйдет на орбиту Луны. В следующем году а может, и в следующем Артемида 3 доставит людей на Луну более чем через 50 лет после последнего раза миссия «Аполлон-17» в 1972 году. Почему мы возвращаемся туда? Причин вернуться на Луну много: прежде всего, научные исследования и мягкая сила в прошлом веке символ флага США определял абсолютное первенство западной науки в коллективном воображении. Однако появление гелия-3 на этой шахматной доске открывает нам наводящую на размышления и странную картину: Луна может стать Персидским заливом этого столетия. Сегодня невозможно оценить влияние, которое чистая и обильная термоядерная энергия окажет на мир. Препятствия на пути строительства работающего реактора могут быть устранены к середине этого века, и эта возобновленная космическая гонка может еще больше приблизить время. Все связано с нашей способностью вернуть на Землю образцы, гораздо большие, чем «волосы», собранные китайцами. А «волосы», однако, имеют принципиальное значение: они приносят очко в пользу Китая в решающем матче.