В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром. Гелий-3 заносился на Луну солнечным ветром миллиарды лет и считается самым перспективным источником дешевой энергии благодаря способности вступать в термоядерную реакцию с дейтерием. Кроме ценного гелия-3, на Луне за последние годы был обнаружен кислород, водород и значительные запасы воды в виде льда. Гелий-3, которого на Луне во много раз больше, чем на Земле, считается наиболее перспективным компонентом термоядерных реакторов будущего – основы безуглеродной энергетики.
Что за новый источник энергии нашли в арктических скалах?
Дата публикации: Сен 13, 2022 На правах рекламы Китайская роботизированная лунная миссия «Чанъэ—5» получила первые данные о концентрации в лунной пыли гелия-3 — потенциального топлива для ядерного синтеза. 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.
А цена одного грамма гелия-3 сегодня составляет 17,5 тысяч долларов. По словам ученых, в реакции синтеза с использованием тонны гелия-3 и 0,67 тонны дейтерия будет высвобождаться столько же энергии, как при сгорании 15 миллионов тонн нефти. При этом эксперты отмечают, что ни гелий-3, ни продукты его распада не будут радиоактивны и не станут такой огромной проблемой при утилизации, как современное ядерное топливо. Однако стоимость добычи этого источника энергии на Луне будет очень высокой. Для добычи каждого грамма гелия-3 потребуется перерабатывать 150 тонн реголита.
В то же время именно благодаря этой гонке в космические программы вливали астрономические же суммы, а без них развитие технологий могло пойти иным путем. Фото: ArchDaily В 1980-х идея колонизации Луны утихла с одновременным снижением финансирования таких проектов, безжизненный шарик давно никто не посещал. В новом веке такая близкая и одновременно далекая Луна вновь стала объектом интереса — по ряду причин: как стартовая площадка для дальних путешествий и как источник гипотетической энергетической безопасности Земли. Луна хороша возможностью обеспечить быструю связь, доставку материалов — осталось только возвести там базу.
В идеале перед этим надо было бы найти достаточное количество воды. Ее заметные следы обнаружены, а проверить «источники» должны во время масштабной по количеству участников программы Artemis, которой заведует NASA. Если ее не отложат или не отменят. Тогда у кого-то еще получится.
Пищу придется завозить с родной планеты. Когда-то, может, появится местная гидропоника. И это при условии, что лунная вода имеется, ее достаточно, ее можно добыть и она в принципе пригодна для нужд человека. В противном случае в список очень дорогостоящих «покупок» добавится живительная влага.
В NASA 30 лет назад описали концепт лунной фермы, способной прокормить 50 человек. Но ее площадь — один гектар.
Основной проблемой на данный момент времени остается реальность добычи гелия из лунного реголита. Содержание необходимого энергетике гелия-3 составляет примерно 1 грамм на 100 тонн лунного грунта. А это значит, что для добычи 1 тонны данного изотопа потребуется переработать не менее 100 млн.
Коммерческая добыча гелия-3 из лунного грунта: стартап хочет попробовать
На Луне же количество гелия-3, попавшего на наш спутник из солнечного ветра, по оценкам, сотни миллионов тонн. "Ученые посчитали, что 1 тонна гелия-3 в термоядерном реакторе даст столько энергии, сколько сжигание 15 миллионов тонн нефти. По словам учёных, «имеющиеся на Луне запасы гелия-3 могут обеспечить землян энергией, как минимум, на пять тысяч лет вперёд» (цитата по РИА Новости). Гелий-3 очень важен, поскольку он является многообещающим кандидатом на роль топлива для ядерного синтеза. Добыча гелия-3 на Луне имеет пару серьезных проблем, решением которых и занимаются ученые. Гелий-3 же в относительно больших количествах содержится в космическом гелии, который образуется, например, на Солнце при термоядерных реакциях.
Американский стартап Interlune планирует добывать гелий-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. «Гелий-3 — единственный ресурс, цена которого достаточно высока, чтобы обеспечить полет на Луну и возвращение его на Землю, — заявил он. Гелий-3 очень важен, поскольку он является многообещающим кандидатом на роль топлива для ядерного синтеза. Radia Windrunner который вскоре станет самым большим грузовым самолётом в мире и Стартап Interlune который собирается добывать безумно дорогой гелий-3 на Луне. РКК «Энергия» планирует промышленное освоение Луны для добычи экологически чистого топлива гелий-3, которого нет на Земле. Сообщается, что из образцов ученые смогли узнать, в какой концентрации в грунте Луны содержится гелий-3.
» Сокровище Луны – гелий-3
Программа освоения и добычи гелия-3 с Луны на Землю с целью снабжения термоядерной энергетики топливом идеально отвечает этим требованиям. Высказанная среди прочих предложений задача создания обитаемой станции на Луне отчасти основывается на заманчивой идее использовать уникальные лунные запасы гелия-3 для получения энергии на Земле. Запасы гелия-3 на Луне исследователи оценили в около 1,3 млн тонн. Компания планирует в 2026 году доставить на поверхность Луны демонстрационный аппарат, который возьмет образцы реголита, после чего попробует извлечь из них гелий-3. 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. Radia Windrunner который вскоре станет самым большим грузовым самолётом в мире и Стартап Interlune который собирается добывать безумно дорогой гелий-3 на Луне.
Выходцы из Blue Origin собрались добывать гелий-3 на Луне в скором будущем
| Китайские ученые ищут гелий-3 в лунном грунте | Образование гелия-3: гелий формируется на Солнце, космическое излучение превращает гелий в гелий-3, атмосфера Земли и ее магнитное поле отбрасывают гелий-3, гелий-3 концентрируется на Луне. |
| Американцы займутся добычей гелия-3 на Луне | Гелий-3 же в относительно больших количествах содержится в космическом гелии, который образуется, например, на Солнце при термоядерных реакциях. |
Стартап по добыче полезных ископаемых на Луне Interlune хочет начать добывать гелий-3 к 2030 году
Компания планирует в 2026 году доставить на поверхность Луны демонстрационный аппарат, который возьмет образцы реголита, после чего попробует извлечь из них гелий-3. Нельзя не упомянуть, что затраты на строительство добывающей гелий-3 шахты на Луне будут поистине астрономическими. Профессор Индийской организации космических исследований (ISRO) Сиватхан Пиллаи заявил агентству IANS о намерении Индии начать добычу гелия-3 на Луне к 2030 году. Запасов же гелия-3 на Луне около 1 млн. т. Таким образом, их хватит более чем на тысячу лет.
Китай будет добывать гелий-3 на Луне
Шансы всех игроков и будут зависеть от того, есть ли у них независимый доступ в космос. Как вы представляете себе реализацию проекта промышленного освоения Луны? Для начала несколько слов о том, почему его надо реализовывать. Как я уже упоминал, спутница Земли чрезвычайно богата редкими и ценными ископаемыми. По разным оценкам, от одного до пятисот миллионов тонн того же гелия-3. И хотя технология по его использованию на Земле еще только отрабатывается, начинать рассматривать проект по его добыче надо уже сегодня.
По подсчетам, на создание промышленного термоядерного реактора уйдет около тридцати лет - этого как раз хватит на то, чтобы организовать добычу гелия-3. Сначала отправим к Луне зонды - автомата вполне достаточно для решения задачи сбора первичной информации. А вот для промышленного освоения потребуется человек. Стало быть, надо готовиться к тому, что в космос скоро полетят не только космонавты-испытатели, но и представители гражданских профессий - инженеры, механики, геологи. С того, что есть.
Сегодняшние технологии позволяют осуществить первые пилотируемые полеты к Луне на кораблях "Союз" с разгонным блоком ДМ. Конечно, "Союз" придется модернизировать - будем использовать технологию сборки на орбите, проще говоря, на МКС. Денег на это пока нет: в Федеральной космической программе нет упоминания о пилотируемых полетах на Луну. Наша корпорация предлагает это исправить, разработав лунную программу. По вашим расчетам, сколько это будет стоить?
Шесть полноценных экспедиций с высадкой на Луну, базируясь на нынешних технологиях, - порядка 2,5 миллиарда долларов. Но прежде чем высаживать на Луне человека, надо будет провести рекогносцировку на местности, отработать технологии, спуск и подъем. Иными словами, общее число экспедиций около десяти, шесть из которых будут пилотируемыми. Представим, что вам дали добро и средства. Как быстро РКК "Энергия" могла бы реализовать задуманное?
В 2010 году к Луне полетел бы зонд, в 2012-м - пилотируемый облет Луны, а в 2014-м туда отправился бы человек. И как это будет выглядеть в деталях? Если в 60-70-е годы прошлого века ставка делалась на супертяжелые лунные ракеты, то только потому, что сборка в космосе представлялась чем-то фантастическим. Сегодня было бы экономичнее и эффективнее собирать комплекс на орбите. Чтобы отправить человека на Луну, сначала надо отправить на окололунную орбиту взлетно-посадочный модуль.
Следом мы делаем еще один полет - доставляем космонавтов на МКС: они там адаптируются и ждут сборки корабля с разгонным блоком. Дальше по схеме: летят к Луне, стыкуются с лунным модулем, опускаются на поверхность, работают, поднимаются и - в обратный путь. Он и разрабатывался когда-то для лунной программы. Без человека - с черепахами - он уже летал к Луне. А в 70-е к спутнику Земли должны были отправиться люди - готовились Леонов и Макаров.
Магнитосфера Земли отклоняет этот поток частиц, поэтому гелий-3 не встречается на Земле в природе и существует лишь в очень ограниченных количествах, появляясь в результате испытаний ядерного оружия и ядерных реакторов. Так как вокруг Луны магнитосферы нет, предполагается, что в карманах лунного реголита содержится большое количество гелия-3. Литр гелия-3 стоит несколько тысяч долларов. Как рассчитывает сооснователь Interlune Роб Мейерсон, в ближайшем будущем на это вещество появится значительный спрос в индустрии квантовых компьютеров и медицинской визуализации.
Научно-популярное Космонавтика Стартап Interlune, основанный экс-сотрудниками Blue Origin, рассчитывает в ближайшие годы запустить на Луне добычу гелия-3. По планам, пилотный завод будет построен к 2028 году, а добыча развернётся в 2030-м, сообщает ArsTechnica. Гелий-3 — стабильный изотоп гелия с двумя протонами и одним нейтроном, который производится путём термоядерного синтеза на Солнце и переносится солнечным ветром. Магнитосфера Земли отклоняет этот поток частиц, поэтому гелий-3 не встречается на Земле в природе и существует лишь в очень ограниченных количествах, появляясь в результате испытаний ядерного оружия и ядерных реакторов.
Выяснили, что больше всего гелия содержится в минерале ильменит. На Луне он входит в морские базальты — породы, которые находятся в «лунных морях». Они получили название море Спокойствия и океан Бурь.
Луна на очереди: в Китае хотят добывать гелий-3 с поверхности спутника Земли
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? В наше время это просто нереально. А вся шумиха, поднятая вокруг гелия-3, скорее всего, просто «разводка», чтобы пустить в глаза правительств пыль и получить денег на финансирование лунных программ. Перспективы Так зачем на самом деле нужна эта программа? В принципе, Луна — это самое лучшее место для размещения всевозможной техники, то бишь могучих телескопов для наблюдения за Землей, ведь Луна постоянно повернута к Земле одной стороной и у нее нет атмосферы. И если там поставить большой телескоп, то можно иметь своего рода шпионский объект.
И не только шпионский — можно проводить мониторинг поверхности Земли с очень высокой эффективностью, — отмечает Алексей Дмитриев.
Гелий-3 же в относительно больших количествах содержится в космическом гелии, который образуется, например, на Солнце при термоядерных реакциях. Данный газ очень лёгкий, поэтому, попадая в атмосферу Земли, он быстро улетучивается. Общее количество гелия-3 в атмосфере нашей планеты оценивается в 35 000 тонн. Однако в настоящее время изотоп не добывается из природных источников, а создаётся при распаде искусственно полученного трития, бомбардируя нейтронами литий-6 в ядерном реакторе. Таким способом можно получать до 18 килограмм гелия-3 в год, чего абсолютно недостаточно для каких-либо промышленных нужд. Лунный грунт Фото с миссии «Аполлон-11» В природе же он может накопиться либо на больших планетах Уран или Нептун , способных его удерживать, либо на телах без атмосферы и магнитосферы. Так, Луна в течение миллиардов лет терпела плазменную бомбардировку солнечным ветром. В привезённых на Землю образцах лунного реголита содержание гелия-3 на тонну составило 0,01 грамма. 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.
Земля не может удержать его своим тяготением, и почти весь первичный гелий, попавший на нее из протопланетного облака при образовании Солнечной системы, вернулся из атмосферы обратно в космос.
Даже обнаружен гелий был сначала на Солнце, почему и получил название в честь древнегреческого бога Гелиоса. Позже его нашли в минералах, содержащих радиоактивные элементы, и, наконец, выловили в атмосфере среди других благородных газов. Земной гелий имеет в основном не космическое, а вторичное, радиационное, происхождение: при распаде радиоактивных химических элементов вылетают альфа-частицы - ядра гелия-4. 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.
Копирование, распространение, иное использование опубликованных на сайте видеоматериалов без предварительного согласия правообладателя не допускается. Мнение авторов может не совпадать с позицией редакции. Позиция редакции может быть озвучена только главным редактором или лицом, которое главный редактор специально уполномочил.
Не каждая позиция главного редактора является официальной позицией редакции.