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. Российские геохимики провели исследование и обнаружили на Луне богатые месторождения изотопов гелия. «Индия может создать производство на Луне для разработки огромных запасов ценного сырья — гелия-3 — и доставки его на Землю. Вместе они руководят разработкой программы высадки на Луне робота, который определит основные месторождения гелия-3. Китайские ученые рассматривают возможность полного обеспечения национальной экономики собственной энергией за счет добычи на Луне изотопа гелия-3 и его использования на Земле в качестве топлива для нового поколения термоядерных реакторов.
Луна и грош, или история гелиевой энергетики
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.
Хотя гелий-3 расположен в поверхностном слое, концентрация его в нем очень низкая. 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.
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.
К сожалению, на Земле такое невозможно, поскольку на подходе к ней гелий-3 блокируется магнитосферой. В планах Interlune извлечение его в промышленных масштабах из лунного грунта с последующей доставкой на Землю. Александр Агеев.
Энергетика на Гелие-3
Профессор Индийской организации космических исследований (ISRO) Сиватхан Пиллаи заявил агентству IANS о намерении Индии начать добычу гелия-3 на Луне к 2030 году. Для добычи гелия-3 нужно будет переработать прямо на спутнике миллионы тонн лунного грунта (даже при условии, что на Луне изотопа сильно больше, чем на Земле, его содержание все равно не больше 0,01 г на тонну). При этом общие запасы гелия-3 на Луне составляют около 1,3 млн тонн, а гелия-4 — 3,6 млрд тонн. Индия, испытывающая нехватку энергоносителей, может начать удовлетворять энергетические потребности благодаря Луне к 2030 году. Просмотр в реальном времени Новости космоса и астрономии Россия будет добывать гелий-3 на Луне.
Редкий изотоп: как Росатом создаёт Гелий-3 из жидкого гелия
Добытый на Луне гелий-3 предполагается использовать для проведения квантовых вычислений, медицинской визуализации, а также, возможно, в качестве топлива для термоядерных реакторов. Российские геохимики провели исследование и обнаружили на Луне богатые месторождения изотопов гелия. 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. Для добычи гелия-3 нужно будет переработать прямо на спутнике миллионы тонн лунного грунта (даже при условии, что на Луне изотопа сильно больше, чем на Земле, его содержание все равно не больше 0,01 г на тонну).
Новые сверхдержавы родятся на Луне
Это очень романтично. Вместе с тем прагматики понимают, что перспектива освоения Луны возрастает с каждым годом. Действительно, какие полезные ископаемые есть на Луне? Какова вообще ценность и цена Луны?
Однако в научном сообществе существуют серьёзные сомнения по поводу жизнеспособности этого подхода. 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.
При достаточно высоких температурах и давлениях гелий-3 может служить топливом для контролируемого термоядерного синтеза, который является источником энергии Солнца. Термоядерная энергия обладает огромным потенциалом и может быть чистым и эффективным источником энергии в будущем. Научные исследования: гелий-3 используется в различных научных исследованиях, особенно в области физики и астрофизики. Он может быть использован в качестве рабочего газа в детекторах частиц и ядерных реакциях для изучения элементарных частиц, физических свойств материи и процессов в космосе. При вдыхании гелия-3 пациентом и последующем проведении МРТ, можно получить детальные изображения легких и оценить их функциональные характеристики. Это может помочь в диагностике и лечении заболеваний легких, таких как астма и хроническая обструктивная болезнь легких ХОБЛ. Разработка инерциально-конфайнментных систем: Гелий-3 может использоваться в различных технологиях, связанных с инерциальным конфайнментом плазмы для управляемого термоядерного синтеза.
Это включает в себя исследования и разработку магнитных ловушек и других устройств, способных удерживать горячую плазму, содержащую гелий-3, в контролируемых условиях. Важно отметить, что на данный момент промышленная эксплуатация гелия-3 ограничена из-за его редкости на Земле. Однако, как показали разработки Росатома, добыча Гелия-3 может значительно вырасти в ближайшем будущем. Ищете баллон с гелием в Москве?
Цитирование материалов сайта допускается только при условии установки активной гиперссылки на оригинальный материал. 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.
Добро пожаловать!
- Луна на очереди: в Китае хотят добывать гелий-3 с поверхности спутника Земли
- Российские учёные оценили запасы изотопов гелия на Луне | Своё ТВ
- Китай нашел гелий-3 на Луне: великая гонка начинается | Ближайшее будущее
- Интернет-издание о бизнесе, стартапах и IT-технологиях
Индия хочет обеспечить Землю дешевой энергией, полученной из лунного гелия-3
Для добычи гелия-3 на Луне предлагается использовать специальные роботы-шахтеры, которые будут добывать грунт и извлекать из него гелий-3. Бывшие сотрудники компании Blue Origin создали стартап, который планирует заниматься добычей гелия-3 на Луне. По словам ученых, гелий накопился в лунном грунте благодаря постоянному воздействию солнечного ветра — потока ионизированных частиц, сообщает RT. По словам учёных, «имеющиеся на Луне запасы гелия-3 могут обеспечить землян энергией, как минимум, на пять тысяч лет вперёд» (цитата по РИА Новости).
Навигация по записям
- Луна на очереди: в Китае хотят добывать гелий-3 с поверхности спутника Земли
- Российские учёные изучили запасы изотопов гелия в месторождениях на Луне
- Редчайший гелий-3 на Луне
- Открытие минерала
- Один из стартапов планирует добычу гелия-3 на Луне
На Луне найден новый минерал и источник «энергии для всех людей на Земле»
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. Если в космосе окажутся десятки тысяч человек, им придется жить в условиях вакуума самостоятельно, без детального присмотра с Земли, и обеспечивать себя водой, воздухом, топливом, основными строительными материалами. Впрочем, водорода, кислорода и металлов на Луне достаточно. Многие из них могут быть получены как побочный продукт добычи гелия. Тогда, вероятно, гелий-3 сможет стать выгодным товаром для торговли с Землей. Но поскольку люди, находящиеся в столь сложных условиях, будут нуждаться в гораздо большем количестве энергии, чем земляне, лунные запасы гелия-3 могут показаться нашим потомкам не такими уж безграничными и привлекательными. Кстати, на этот случай есть и альтернативное решение. Если уж инженеры и физики найдут способ справиться с удержанием в десять раз более горячей, чем нужно для современного токамака, гелиевой плазмы задача, кажущаяся сейчас совершенно фантастической , то, увеличив температуру еще всего лишь в два раза, мы "зажжем" и реакцию синтеза с участием протонов и бора.
Тогда все проблемы с топливом будут решены, причем за гораздо меньшую цену: бора в земной коре больше, чем, например, серебра или золота, он широко используется как добавка в металлургии, электронике, химии. Различных боросодержащих солей горнообогатительные комбинаты выпускают сотни тысяч тонн в год, а если нам не хватит запасов на суше, то в каждой тонне морской воды содержится несколько граммов бора. И тот, у кого в домашней аптечке припасен пузырек борной кислоты, может считать, что у него есть собственный энергетический резерв на будущее. Литература Бронштейн М. Солнечное вещество. Лунный грунт из моря изобилия. Подписи к иллюстарциям Илл. Гелиевый цикл реакций ядерного синтеза начинается со слияния двух протонов в ядро дейтерия. На следующих этапах образуются более сложные ядра.
Выпишем несколько первых наиболее простых реакций, которые понадобятся нам в дальнейшем. В частности, чем выше кинетическая энергия ядра и чем меньше его электрический заряд, тем больше шансов пройти электростатический барьер и тем выше скорость реакции см. Ключевой параметр теории термоядерной энергетики - критерий зажигания реакции - определяет, при какой плотности и температуре плазменного топлива энергия, выделяемая при синтезе пропорциональная скорости реакции, умноженной на плотность плазмы и время горения , превысит затраты на нагрев плазмы с учетом потерь и коэффициента полезного действия. Наибольшая скорость у реакции дейтерия и трития, и, чтобы достичь зажигания, плазму с концентрацией около 1014 см-3 необходимо нагреть до полутора сотен миллионов градусов и удерживать 1-2 секунды. Чтобы добиться положительного баланса энергии в реакциях на других компонентах - гелии-3 или боре, меньшую скорость надо компенсировать, в десятки раз увеличивая температуру и плотность плазмы. Зато при удачном столкновении двух ядер выделяется энергия, в тысячу раз превосходящая энергию, потраченную на их нагрев. Начальные реакции гелиевого цикла, образующие дейтерий и тритий в солнечном ядре, идут настолько медленно, что соответствующие кривые в поле этого графика не попали. Солнечный ветер - это поток разреженной плазмы, постоянно истекающей с солнечной поверхности в межпланетное пространство. Ветер уносит всего лишь около 3х10-14 солнечной массы в год, но именно он оказывается основным компонентом межпланетной среды, вытесняющим межзвездную плазму из окрестностей Солнца.
На Земле гелий-3 — большая редкость, в то время как на Луне его запасы исследователи оценивают почти в 1,5 млн тонн. Interlune прогнозирует значительный рост спроса на гелий-3 в ближайшие годы. По данным компании, к 2040 году ежегодный спрос на него составит 4000 кг по сравнению с текущими 5 кг.
При этом план компании достаточно дорогостоящий и осуществить его не получится в одиночку. Interlune придется создать все оборудование, необходимое для масштабной добычи гелия-3, оплатить его запуск на Луну, а также заключить контракт с одной из компаний на возврат добытых ресурсов. Кроме того, пока не определена точная стоимость добычи одного грамма гелия-3.
Стартап Interlune возглавляют опытные представители космической индустрии.
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. Если в космосе окажутся десятки тысяч человек, им придется жить в условиях вакуума самостоятельно, без детального присмотра с Земли, и обеспечивать себя водой, воздухом, топливом, основными строительными материалами.
Впрочем, водорода, кислорода и металлов на Луне достаточно. Многие из них могут быть получены как побочный продукт добычи гелия. Тогда, вероятно, гелий-3 сможет стать выгодным товаром для торговли с Землей.
Но поскольку люди, находящиеся в столь сложных условиях, будут нуждаться в гораздо большем количестве энергии, чем земляне, лунные запасы гелия-3 могут показаться нашим потомкам не такими уж безграничными и привлекательными. Кстати, на этот случай есть и альтернативное решение.
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. В чём проблема добычи гелия-3 Как уже было сказано, на Земле природный гелий-3 добывать если и возможно, то абсолютно не эффективно, а искусственное производство покрывает только интересы учёных. На Луне же находятся огромные запасы данного природного топлива. По данным издания World Security Network, стоимость добычи 1 тонны гелия-3 на спутнике Земли может составлять около 3 миллиардов долларов на 2014 год.