Содержание
Индия рассчитывает начать добычу гелия-3 на Луне к 2030 году / Хабр
Станция по добыче гелия-3 глазами художника
Профессор Индийской организации космических исследований (ISRO) Сиватхан Пиллаи заявил агентству IANS о намерении Индии начать добычу гелия-3 на Луне к 2030 году. Ученый утверждает, что подготовка подобной миссии — приоритет для его организации и уже ведется. В течение десяти лет правительство Индии собирается реализовать свой план, а к 2030 году обещает наладить промышленную добычу изотопа гелия.
Космическая программа Индии развивается быстро. Страна осознала необходимость разработки новых космических технологий и ведёт работу над ними. Параллельно техническим и научным инструментами Индия разрабатывает новые законы и соответствующие государственные организации, которые занимаются регулированием космической экспансии.
Добывать гелий-3 на Луне собирается не только Индия, но и Китай. Это очень перспективный источник энергии.
Правда, использовать его можно будет только в том случае, если человек научится контролировать термоядерную реакцию в течение долгого времени. Похоже, что раз Индия и Китай активно работают над программами добычи гелия-3, в том, что термоядерные реакторы будут построены, они не сомневаются. Ученые подсчитали, что 0,02 грамма гелия-3 в ходе реакции термоядерного синтеза выделяют энергии столько же, сколько образуется при сжигании барреля нефти. 1 тонна гелия-3 в ходе термоядерного синтеза даст столько энергии, сколько ее можно получить при сжигании 15 млн баррелей нефти. Всего 40 тонн гелия-3 хватит, чтобы обеспечить энергией на целый год такую большую страну, как США.
Гелием-3 богат лунный реголит. Этот изотоп гелия накопился в тонком приповерхностном слое в течение миллиардов лет облучения солнечным ветром. Тонна реголита содержит порядка 0,01 г гелия-3. Считается, что в приповерхностном слое Луны содержится от 500 тыс. до 10 млн тонн гелия-3. Проекты по переработке реголита и выделению гелия-3 прорабатываются не только учеными Индии и Китая, но и США.
В частности, эту работу выполняли в свое время и специалисты из НАСА.
По данным издания World Security Network, стоимость добычи 1 тонны гелия-3 на Луне может составлять 3 миллиарда долларов, что экономически выгодно. Правда, для того, чтобы начать добычу этого элемента, нужна еще и соответствующая инфраструктура, создание которой обойдется гораздо дороже. Так, по мнению ученых из США, общая стоимость такой инфраструктуры составит не менее $20 млрд, продолжительность реализации проекта не может быть меньше 20 лет.
Правда, индийские ученые и инженеры уже не раз удивляли западных коллег умением достигать значимого результата в космических исследованиях при относительно небольших затратах. Например, Индия с нуля построила марсианский орбитальный зонд и успешно отправила его на орбиту Марса. Благодаря ему поставлено сразу несколько рекордов. Например, стоимость спутника Мангальян (все этапы реализации программы) составила немногим более $72 млн долларов. Американское и европейское космические агентства тратят в подобных случаях куда больше.
Сейчас бюджет индийской космической программы составляет всего 5% от бюджета НАСА, а средняя заработная плата специалиста из космической сферы — около $1000.
Российские эксперты также считают, что добыча полезных ископаемых такого типа может быть выгодным делом. «Наша страна имеет большой опыт по разработке полезных ископаемых на Земле, а на Луне их не меньше. В реголите, например, громадные запасы гелия-3, а это основа термоядерной энергетики. Сегодня у американцев уже появились технологии по его извлечению. В итоге затраченные на освоение Луны средства многократно окупятся»,— считает Вячеслав Бобин, заведующий отделом Центра изучения природного вещества при Институте комплексного освоения недр РАН.
Важная для человека реакция: два атома гелия-3 в ходе термоядерной реакции образуют атом гелия-4 с образованием двух протонов и энергии
Специалисты ЕКА, в свою очередь, заявляют, что изотоп гелий-3 станет безопасным источником энергии: он не радиоактивен, а в процессе термоядерного синтеза с его участием не образуются опасные соединения.
Здесь, конечно, нужно снова обратить внимание на то, что реальной программа добычи гелия-3 станет только в том случае, если человеку удастся добиться создания коммерчески выгодной версии термоядерного реактора. Сейчас энергетика шагнула далеко вперед, но стеллараторы и токамаки, две разных концепции термоядерного реактора, пока что работают в экспериментальном режиме. В лучшем случае условия, пригодные для проведения термоядерного синтеза, удерживаются в течение нескольких секунд, и ни о каком массовом получении энергии речь пока не идет. Если в ближайшие несколько лет термоядерный синтез не станет управляемым, о гелии-3 и освоении Луны с целью его добычи придется забыть.
Астрономически дорого: в Китае задумались о добыче гелия-3 с поверхности Луны
НовостиНаука
- Фото
- Cavan Images / Alamy
Специалисты из Пекинского научно-исследовательского института геологии урана обнаружили в лунном грунте ранее неизвестный минерал.
Местные СМИ поэтично сообщили, что космическая миссия и луноход не зря были названы именем Чанъэ — богини Луны, именно она и послала землянам в дар эти богатства.
Китайская лунная миссия Chang’E-5 доставила на Землю 1731 грамм грунта в 2020 году. Это первые каменистые образцы с 1976 года, привезенные со спутника.
Ученые проанализировали частицы лунного базальта и нашли новый минерал. Он представляет собой монокристаллическую структуру с радиусом примерно 10 микрон. Бесцветный прозрачный кристалл получил имя Changesite-(Y). Его уникальность уже подтвердили в Международной минералогической ассоциации.
Из этих же образцов специалисты также смогли впервые узнать, в какой концентрации в грунте Луны содержится гелий-3, и рассчитать параметры его извлечения. Этот изотоп — наиболее безопасный и многообещающий источник ядерной энергии, который можно было бы добывать на спутнике Земли.
В реакции термоядерного синтеза с использованием тонны гелия-3 и 0,67 тонны дейтерия будет высвобождаться столько же энергии, как при сгорании 15 миллионов тонн нефти.
Основной способ получения гелия-3 на Земле — ожидание распада трития в ядерных боеголовках. Однако речь идет об очень малых объемах. Также гелий-3 есть в микроскопических количествах в атмосфере Земли и в мантии, но обычно не доступен. На Луне же, где нет атмосферы, гелий-3 из солнечного ветра и межпланетной среды попадает на поверхность и сохраняется в реголите.
По разным оценкам, его содержание в лунном грунте может быть от 0,5 до 2,5 миллиона тонн. Населению нашей планеты хватило бы этого источника энергии на пять тысяч лет. А цена одного грамма гелия-3 сегодня составляет 17,5 тысячи долларов.
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.
При этом исследователи признают: добывать источник энергии на Луне будет поистине астрономически затратно. Для добычи каждого грамма гелия-3 потребуется перерабатывать 150 тонн реголита.
А затем организовать его доставку на Землю.
Однако на волне успехов исследований грунта от Чанъэ-5 Китайское космическое агентство продлило проект и одобрило отправку следующих трех миссий на спутник Земли. Они также названы в честь богини Луны, возможно, в расчете на ее благосклонность. Их начнут запускать в 2024 году, чтобы изучить южный полюс спутника и приступить к возведению Международной лунной исследовательской станции.
Ева Белецкая
По материалам издания New Atlas.
Теги
- энергетика
- космос
Сегодня читают
10 фото диких животных, которые показывают красоту и хрупкость природы
Тест: выберите шляпу, а мы расскажем, чего вам не хватает в жизни
Тест: выберите котика, а мы расскажем, каким вас чаще всего видят люди
Только 8 из 100 человек смогут решить эту задачку на логику из СССР
Разминка для мозга на 30 секунд: найдите все предметы на картинке
Китай вернул гелий-3 с Луны, открыв дверь в технологии будущего
Китайская миссия «Чанъэ-5» вернула новый минерал с поверхности Луны.
Китайские ученые называют минерал «Changesite-(Y)». Минерал был описан государственным информационным агентством Xinhau как «вид бесцветного прозрачного столбчатого кристалла». Кроме того, китайцы утверждают, что новый минерал содержит гелий-3, изотоп, который многие ученые рекламируют как потенциальное топливо для будущих термоядерных реакторов.
Кристаллический минерал был чрезвычайно крошечным, примерно в одну десятую размера человеческого волоса. Новый минерал представляет огромный интерес для лунных геологов. Содержащийся в нем гелий-3 может изменить мир.
Ученые знали, что лунная поверхность содержит залежи гелия-3 со времен программы «Аполлон». Основное преимущество синтеза гелия-3 по сравнению с синтезом с использованием трития и дейтерия, изотопов водорода, заключается в том, что он не создает радиоактивных нейтронов. Его главный недостаток заключается в том, что достичь контролируемой термоядерной реакции с гелием-3 гораздо сложнее, чем с использованием более традиционных видов топлива.
По данным НАСА, Китай готовится к следующему этапу своей программы исследования Луны, которая приведет к созданию «исследовательской базы» на южном полюсе Луны. Запланированные миссии включают в себя:
- Chang’e 6, которая, как и Chang’e 5, будет миссией по возврату образцов, сосредоточенной на южном полюсе Луны. Скорее всего, он попытается вернуть лед, расположенный в постоянно затененных кратерах на южном полюсе.
- Chang’e 7, который будет сочетать в себе орбитальный аппарат, посадочный модуль и вездеход, предназначенный для поиска воды на южном полюсе Луны. Эта миссия может предшествовать миссии Чанъэ 6.
- Chang’e 8, предназначенный для тестирования технологий возможного строительства лунной базы.
Китай, возможно, в партнерстве с Россией, все еще планирует высадку на Луну с экипажем где-то в 2030-х годах.
Между тем, дважды отложенная миссия НАСА «Артемида-1» имеет новую дату запуска. Если все пойдет хорошо, мощная ракета Space Launch System стартует 27 сентября, а 2 октября будет резервной датой запуска.
Всякий раз, когда он будет запущен, миссия отправит космический корабль Orion, набитый инструментами и другим грузом, в долгое путешествие вокруг Луны, прежде чем он приземлится в Тихом океане у побережья Калифорнии.
Две роботизированные космические миссии, одна от Intuitive Machines, а другая от Astrobotic, все еще запланированы на конец года или начало следующего года. В случае успеха они высадят зонды на поверхность Луны, доказав эффективность программы коммерческих лунных систем полезной нагрузки (CLPS), которая объединяет частные компании с НАСА для серьезного начала исследования Луны. В последующие годы будет проведено больше миссий CLPS, хотя программе не дает покоя банкротство одного из участников, Masten Space Systems.
НАСА все еще планирует отправить Artemis 2 и экипаж из четырех астронавтов, один из которых из Канады, вокруг Луны в 2024 году. В следующем году (или, возможно, через год) Artemis 3 высадит первых астронавтов на поверхность Луны. с момента полета Аполлона-17 в 1972 году.
Существует много причин для возвращения на Луну: наука, торговля и право хвастаться, которые превращаются в мягкую политическую силу. Однако возвращение Китаем гелия-3 предполагает, что Луна может стать Персидским заливом середины-конца 21 века. Чистая и обильная энергия термоядерного синтеза изменит мир способами, которые едва ли можно оценить.
Конечно, остается проблема с запуском технологии синтеза гелия-3. Синтез гелия-3 может не стать реальностью до середины этого века из-за связанных с этим технологических препятствий. Однако некоторые изменения в американской космической и энергетической политике могут ускорить появление синтеза гелия-3.
Как Маск может заново изобрести интернет, даже не пытаясь
Три шага для Конгресса по повторной авторизации и модернизации SBA
Соединенным Штатам следует начать испытания добычи полезных ископаемых на поверхности Луны, в частности извлечения гелия-3 из лунного грунта. Затем гелий-3 можно было бы доставить на Землю и предоставить исследовательским лабораториям, чтобы они могли продолжить исследования и разработки того, что обещает стать решением как дефицита энергии, так и изменения климата.
Страна, которая контролирует источник энергии, поддерживающий развитие технологической цивилизации, будет контролировать Землю. Если Китай станет этой страной, учитывая его репутацию в области прав человека и имперскую внешнюю политику, история примет мрачный оборот. Поэтому США и страны, подписавшие Artemis Accords, должны получить контроль над лунным гелием-3 и разработать технологию его использования в качестве источника термоядерной энергии. Таким образом, программа Артемида обеспечит продолжение процветания и свободы человека на Земле.
Марк Р. Уиттингтон – автор исследований по исследованию космоса «Почему так сложно вернуться на Луну?» а также «Луна, Марс и не только» и «Почему Америка возвращается на Луну?» Он ведет блог в Curmudgeons Corner.
Теги
Китай
Марк Р. Уиттингтон
Луна
НАСА
Космос
Технологии
Возможность добычи лунного гелия-3
NASA/ADS
Возможность добычи лунного гелия-3
- Кляйншнайдер, Андреас
- Ван Оверстратен, Дмитрий
- Ван дер Рейнст, Рой
- Ван Хорн, Нильс
- Ламерс, Марвин
- Юбер, Лоран
- Дейк, Берт
- Бланже, Джоуи
- Хогевен, Джоэл
- Де Бур, Леннарт
- Нумен, Рон
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
Аннотация
Поскольку запасы ископаемого топлива истощаются, а глобальный спрос на энергию растет, потребность в альтернативных источниках энергии становится очевидной.
Ядерный синтез с использованием гелия-3 может стать решением. Гелий-3 — редкий изотоп на Земле, но его много на Луне. В космическом сообществе лунный гелий-3 часто называют основной причиной возвращения на Луну. Несмотря на потенциал добычи лунного гелия-3, было проведено мало исследований по полной сквозной миссии. В данном реферате представлены результаты технико-экономического обоснования, проведенного студентами Делфтского технологического университета. Цель исследования состояла в том, чтобы оценить, является ли непрерывная сквозная миссия по добыче гелия-3 на Луне и возвращению его на Землю жизнеспособным вариантом для будущего энергетического рынка. Установленные требования для репрезентативной сквозной миссии заключались в том, чтобы обеспечить 10% мирового спроса на энергию в 2040 году. Элементы миссии были выбраны с многочисленными компромиссами между консервативными и новыми концепциями. Архитектура миссии с несколькими отдельными элементами для каждого транспортного сегмента (НОО, переход, поверхность Луны) оказалась лучшим вариантом.
Было обнаружено, что наиболее важным элементом является сама добыча полезных ископаемых на Луне. Для обеспечения 10% мирового спроса на энергию в 2040 году потребуется 200 тонн гелия-3 в год. В результате скорость добычи реголита составит 630 тонн в секунду, исходя из оптимистичной концентрации гелия-3 в 20 частей на миллиард в лунном реголите. При использовании майнера Mark III Университета Висконсина потребуется от 1700 до 2000 горнодобывающих машин Helium-3. Требуемая мощность нагрева при добыче и днем, и ночью составила бы в сумме 39ГВт. В результате масса энергосистемы для лунных операций будет порядка от 60 000 до 200 000 тонн. Потребуется парк из трех аппаратов для подъема/спуска на Луну и 22 аппаратов непрерывной тяги для перехода на орбиту. Стоимость элементов миссии была распределена по ожидаемому сроку службы. Полученная прибыль от синтеза гелия-3 была рассчитана с использованием прогнозируемой минимальной цены на энергию в 2040 году в размере 30,4 евро/МВтч. Годовые затраты составляют от 427,7 до 1 347,9 млрд евро, а ожидаемая годовая прибыль – от -724,0 до 260,0 млрд евро.
Из-за большого масштаба миссии было также оценено, что она обеспечит 0,1% и 1% мирового спроса на энергию в 2040 году. Для 1% годовые затраты составляют от 45,6 до 140,3 млрд евро, а ожидаемая годовая прибыль составляет -78,0. до 23,1 млрд евро. Для 0,1% годовые затраты составляют от 7,7 до 20,5 млрд евро. Ожидаемая годовая прибыль составляет от -14,3 до -0,8 млрд евро. Осуществимость рассматривалась в трех аспектах. Технически миссия чрезвычайно сложная и сложная. Однако большинство необходимых технологий уже существуют или могут быть разработаны в разумные сроки. С политической и правовой точки зрения действующие международные договоры едва ли обеспечивают какие-либо рамки для добычи полезных ископаемых на Луне. В финансовом отношении миссия приносит чистую прибыль только в лучшем случае и только для операций среднего и крупного масштаба, которые требуют очень больших первоначальных инвестиций. Чтобы сделать возможным использование лунного гелия-3, дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на добыче полезных ископаемых и стоимости термоядерных установок, поскольку их влияние намного превосходит все другие элементы миссии.