Гелий-3, которого на Луне во много раз больше, чем на Земле, считается наиболее перспективным компонентом термоядерных реакторов будущего – основы безуглеродной энергетики. Сообщается, что из образцов ученые смогли узнать, в какой концентрации в грунте Луны содержится гелий-3. найти ему применение.
Колонизация Луны и добыча там гелия-3? Пока это фантастика из далекого будущего
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. 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.
То есть никакого создания прибавочной стоимости не произойдёт и «оплачивать счета» в конечном итоге будет NASA. Эта «лунная лихорадка» во многом похожа на золотую лихорадку в Калифорнии, но без золота. Сбор гелия-3 может изменить эту ситуацию, извлекая выгоду из ресурсов на Луне. Для добычи гелия-3 придётся решить немало технических задач.
Необходимо разработать способ извлечения газа из лунного реголита — абразивного, каменистого и похожего на грязь материала с поверхности Луны. Затем гелий-3 нужно отправить на Землю, что на данный момент нереализуемо. Наконец, потребуется организовать большой и устойчивый рынок сбыта добытого изотопа на Земле. NASA инвестирует десятки миллиардов долларов в программу «Артемида» по высадке людей на Луну, Мейерсон хочет использовать эти транспортные, энергетические и другие ресурсы, чтобы основать горнодобывающую компанию на Луне. Гелий-3 — стабильный изотоп гелия с двумя протонами и одним нейтроном.
Миссия второго арабского лунохода назначена на 2026 год. А что это вы там делаете? Что так привлекает сверхдержавы на нашем спутнике? Луна - ворота в дальний космос Наша планета это глубокий гравитационный колодец. Чтобы преодолеть притяжение Земли необходимо огромное количество энергии.
Что представляет из себя современная одноразовая ракета? На старте это огромная бочка весом 100 тысяч тонн, которая на 90 процентов заполнена горючим. До Луны долетает конструкция, которая весит 50 тонн, а на Землю возвращается обгоревшая 3-тонная скорлупка с экипажем. В общем, получается крайне неэкономно. Поэтому пилотируемый полет на Марс возможен сейчас только в один конец. Сила притяжения здесь в 6 раз меньше, поэтому для полета даже ракеты не нужны. Вы можете запускать космические аппараты не вертикально вверх, а параллельно поверхности: поставить корабль на тележку и разогнать по рельсам с помощью электродвигателя. Такая схема в сотни раз удешевляет космические полета и делает доступными Марс и Венеру. Топливо для термоядерных реакторов Анализы лунного грунта показали, что в тонком поверхностном слое накопилось много легкого изотопа Гелий-3. Его планируют использовать, как топливо для термоядерных реакторов ученые близки к тому, чтобы управлять термоядерным синтезом.
Гелий-3 есть и на Земле, но в крайне незначительных количествах.
Это эпохальное событие пробудило в те времена небывалое воодушевление у жителей Земли, породив грандиозные надежды на предстоящее вскоре освоение космоса, ближайших планет, а затем и всей Вселенной, с обретением новых невообразимых возможностей и знаний. Но мало кто сейчас помнит, что за два года до триумфального полета Юрия Гагарина, 12 сентября 1959 года, первой достигла Луны советская автоматическая станция «Луна-2», а следом, 4 октября 1959-го, стартовала «Луна-3», которая 7 октября произвела облет Луны, передав на Землю снимки ее обратной стороны. Все это раззадорило американцев, которые десятилетие спустя, в 1969 году, первыми ступили на поверхность Луны. Но через пару десятилетий рассвет космической эры сменился закатом с постепенным забвением былых надежд. И вот теперь забрезжил новый рассвет. По его мнению, Луна интересна прежде всего интенсивным развитием космических технологий, которые в последние десятилетия очень сильно затормозились. Новые ракеты, которые делают американцы, якобы частные, коммерческие, похоже, очень низкого качества, их запуски постоянно отодвигаются. Они плохо летают.
Так что сейчас мы видим шаг назад в развитии космической техники, и в этом плане лунная программа могла бы, конечно, подхлестнуть такое развитие», — говорит Дмитриев. Но тут нужно четко понимать: без создания могучей околоземной орбитальной космической станции с большим количеством состыковочных и расстыковочных узлов и манипуляторов, с возможностью собирать космический аппарат на орбите Земли — без этого шаг в сторону Луны, как еще Циолковский говорил, бессмыслен. Летать с Земли на Луну очень дорого, в то время как с околоземной орбиты, преодолев первые 8 км в секунду, летать гораздо проще. Не потребуется тащить этот огромный разгонный блок, а будет запускаться только модуль, который должен долететь до Луны, сесть, затем улететь и вернуться на околоземную орбитальную станцию. Для таких перелетов потребуются скорости менее 3 км в секунду. Это на порядки дешевле. При этом он отметил, что американцы, вовсю пропагандируя использование гелия-3, сами не торопятся эту идею воплощать в жизнь, сосредоточив вместо этого все усилия на разработке реакторов нового типа с низким выходом нейтронов, где энергия выделяется с участием, например, лития или бора. С учетом обилия этих элементов на Земле, затея гораздо проще, выгоднее и дешевле. Профессор также обратил внимание на то, что для добычи тонны гелия-3 потребуется переработать 10 млн тонн лунной породы.
Насколько это реально?
Американцы займутся добычей гелия-3 на Луне
Вместе они руководят разработкой программы высадки на Луне робота, который определит основные месторождения гелия-3. Гелий-3 является побочным продуктом реакций, протекающих на Солнце. Индия намерена стать лидером по добыче изотопа гелия-3, который в изобилии имеется на Луне и может стать перспективным источником энергии для Земли.
Луна на очереди: в Китае хотят добывать гелий-3 с поверхности спутника Земли
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. Просмотр в реальном времени Новости космоса и астрономии Россия будет добывать гелий-3 на Луне. Запасов же гелия-3 на Луне около 1 млн. т. Таким образом, их хватит более чем на тысячу лет. На Луне же, где нет атмосферы, гелий-3 из солнечного ветра и межпланетной среды попадает на поверхность и сохраняется в реголите.
Китай проанализировал количество гелия-3 на Луне
Некоторые видят в ней часть ответа на будущие энергетические потребности. Потенциал добычи полезных ископаемых на Луне недавно был тщательно изучен одной начинающей компанией. В своем технико-экономическом обосновании они сосредоточились на конкретном элементе точнее, изотопе : гелии-3. Проект по добыче этого изотопа намечался уже давно, но до сих пор не был тщательно изучен и не планировался. Теперь компания планирует сделать первый шаг на пути к этому потенциально новому рынку, который, по ее мнению, может произвести революцию в энергетическом секторе. Роб Мейерсон, бывший председатель совета директоров Blue Origin, и Гэри Лай, который был главным архитектором компании, решили основать компанию, основной деятельностью которой будет добыча гелия-3 с поверхности Луны.
Гелий-3 будет доставляться на Землю, чтобы затем продаваться для столь же инновационного использования: для питания реакций ядерного синтеза Святой Грааль производства энергии на будущих термоядерных электростанциях. Эта компания работает с 2022 года, но в среду она объявила о себе беспрецедентным заявлением. Называясь Interlune, она привлекла 15 миллионов долларов для финансирования проекта. Это в дополнение к предыдущим инвестиционным взносам частных лиц. Хотя это финансирование относительно скромное по сравнению с крупными коммерческими космическими проектами, последствия остаются потенциально значительными.
Добыча гелия-3: к новому видению лунной экономики Концепция добычи полезных ископаемых на Луне не нова.
И придется бороться с радиацией: только в фильмах можно бродить днями на другой планете под палящим Солнцем, а также бомбардировкой метеоритами. Для защиты сойдет реголит, а несколько лет назад компания TeamIndus предложила для защиты электромагнитный щит впрочем, с тех пор от индийского стартапа ничего не слышно. Существуют концепты и надувных модулей еще в 1954 году идею озвучил фантаст Артур Кларк. Проект носит название Moon Village. Его участники описывают базу, состоящую из надувных блоков, в которых разместятся рабочие зоны, жилье, лаборатории, производство и так далее. Модули предлагают защитить панцирями, созданными роботами по принципу 3D-печати как раз из лунной породы. Тем не менее специалисты лелеют концепцию получения всего необходимого именно in situ лат. А еще остаются воздух и энергия для обеспечения жизни колоний и отправки кораблей.
Добыча и использование лунного гелия-3 еще долго будут фантастикой, а из-за длинных ночей солнечные батареи придется размещать в строго отведенных местах небесного тела. Гелий-3 еще считают немного перспективным, но все чаще озвучивается теория, согласно которой эффективнее будет добывать воду — она также понадобится для выпуска топлива непосредственно на Луне для полетов еще дальше. Так художник представляет грузовой транспорт для перевозки лунного грунта. На самом деле, чтобы добыть достаточное количество гелия-3, придется перелопатить не один миллион тонн местного «чернозема», и лопатами тут не обойтись. Фото: adamburnart. Критики покачали головами: «Кто будет контролировать добычу, заработает миллиарды!
По словам Мейерсона, одна из причин того, что использование гелия-3 в коммерческих целях не получило широкого распространения, заключается в его недоступности в коммерческих объёмах. Стабильные поставки изотопа будут стимулировать новые бизнес-планы и разработки. Компания планирует в 2026 году получить образцы лунного реголита, измерить содержание в нём гелия-3, и освоить извлечение изотопа из лунного грунта. Эта миссия, скорее всего, будет выполняться в рамках одной из программ NASA по предоставлению коммерческих лунных услуг. Транспортировкой гелия-3 могут заняться SpaceX или бывшая компания Мейерсона Blue Origin, которая разрабатывает многоразовые лунные посадочные модули и системы транспортировки между лунной орбитой и Землёй. Ключевая технология Interlune — это процесс добычи газа на Луне. Компании, вероятно, придётся переработать от десятков до сотен тонн лунного реголита для производства одного грамма гелия-3. Для этого Interlune разработала некое устройство, подобности о котором не разглашаются. Мейерсон называет его «энергоэффективным процессором».
При этом, Interlune — не единственная организация, положившая глаз на лунные запасы гелия-3. Добыча природных ресурсов — составная часть лунной программы «Артемида». В 2015 году в США был принят закон, поощряющий американские компании вести добычу ресурсов на внеземных объектах, включая воду и минералы. Другими словами, граждане Соединенных Штатов получили право оставить себе все, что привезли из космоса, если это не живое существо.
Редкий изотоп: как Росатом создаёт Гелий-3 из жидкого гелия
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. Гелий-3 заносился на Луну солнечным ветром миллиарды лет и считается самым перспективным источником дешевой энергии благодаря способности вступать в термоядерную реакцию с дейтерием. Содержание Гелия 3 на Луне в 10 тысяч раз выше, чем на Земле. При этом изотоп гелий-3 на Земле практически отсутствует, а на Луне его запасы смогли сформироваться из-за того, что лунная поверхность подвергается постоянному воздействию солнечного ветра.