Добыча гелия-3 на Луне и отправка его на Землю?

На Земле перед добычей полезных ископаемых или нефти месторождение очерчивается и оценивается .

Вкратце, этот процесс включает в себя отправку нескольких геологов, нескольких буровых установок и их операторов на месторождение и бурение скважин через месторождение по заданной сетке. Буровой шлам или керн (в зависимости от типа используемого бура) регистрируются, а пробы отбираются через равные промежутки времени для анализа.

Геологический каротаж будет использоваться для определения структуры и характера месторождения и горных пород, окружающих месторождение.

Анализы определят распределение содержания - количество металла на тонну в данном регионе. Это помогает сузить добычу лучших частей месторождения, если оно окажется прибыльным.

Затем разрабатывается и оценивается проект шахты, и, если он приносит прибыль, его можно добывать после утверждения.

Для Луны или где-либо еще в Солнечной системе это вряд ли произойдет из-за связанных с этим расходов — см. редактирование в конце.

Технически доставить любое оборудование на Луну возможно. Это может потребовать создания мастерской на Луне и отправки оборудования в виде частично предварительно собранных частей, а затем их сборки на Луне, но это дорого.

Спутниковые данные или данные беспилотных летательных аппаратов могут дать представление о поперечном распределении уклона, но не о вертикальном распределении, которое требуется для определения глубины добычи – см. комментарии ниже.

Если гелий-3 будут добывать на Луне, это будет, по сути, занятие по сбору мусора.

Если Википедия верна насчет гелия-3, содержание гелия-3 очень мало: от 1,4 до 15 частей на миллиард (частей на миллиард ) в освещенных солнцем областях и до 50 частей на миллиард в темных областях. Для сравнения, на Земле золото можно выгодно добывать открытым способом, если его содержание (концентрация) составляет 5 г/т или ppm (частей на миллион ). Гелий-3 на Луне в 1000 раз разбавлен. Для прибыльной добычи такого низкокачественного материала потребуется крупномасштабная добыча и переработка.

«Популярная механика» утверждает:

Копание участка лунной поверхности площадью примерно три четверти квадратной мили на глубину около 9 футов должно дать около 220 фунтов гелия-3.

Теперь 0,75 кв. миль составляет 1 942 491 м ² , 9 футов — 2,743 м, а 220 фунтов — 99,79 кг.

В этой ситуации объем реголита, который необходимо было добыть, составил бы 5 328 641 м ³ . Используя плотность реголита 1,5 т/м ³ (что-то вроде чистого песка ), масса выкопанного реголита составит 7 992 961 т (8 Мт), а содержание гелия-3 составит 12,48 частей на миллиард (мг/т, миллиграммы). за тонну).

Для добычи 8 млн тонн реголита потребуется большой парк надежного горнодобывающего оборудования, особенно если материал будет добывать с разумной скоростью.

Lunar Helium-3 и Fusion Power , опубликованные НАСА в 1988 году на стр. 21-22, предусматривали использование драглайнов или баллистических шахтеров для рытья нескольких небольших ям в год.

Большая часть гелия-3 содержится в суб50$\small\sf\mu$м реголит.

Добытый материал будет просеиваться, чтобы отбросить фракцию размером плюс 4 мм. Оставшийся материал толщиной менее 4 мм будет подвергнут электростатической обработке, а затем нагрет до 700°С.$\sf^{\circ}$C, чтобы выпустить летучие вещества. Затем газ будет сжат для хранения. Использование роторного экскаватора для копания на глубину 3 м с производительностью 1258 т/ч; 3942 часа в год будет производить 33 кг$\sf{^3}$Он в год.

Нагрев реголита можно было осуществлять с помощью солнечной тепловой печи диаметром 110 м и глубиной 10 м.

Выделившийся газ подвергается процессу охлаждения/конденсации для сжижения различных частиц. Развитый Он есть и разделяет разные виды. Охлаждение происходит в течение лунной ночи, чтобы использовать окружающий холод. Водород удаляют перед охлаждением. Другие газы, образующиеся в процессе, включают H ₂ O, 0 ₂ , N ₂ , H ₂ и т. д., которые затем охлаждают до 55 К для предварительного разделения изотопов, а затем пропускают через криогенератор (до 1,5 К) для достижения максимальной концентрации Не-3 (99 %).

База опыта наземной добычи велика, и ее следует использовать. Конкретным аналогом добычи лунного реголита может быть разработка земных месторождений минерального песка. Необходимо знать качество и распределение «руды», что, в свою очередь, потребует предварительных оценок горняком для целей планирования. Низкая лунная гравитация ($\sf{\frac1 6}$Земли) может быть проблемой для оборудования. Машине может потребоваться балласт для достижения требуемой массы/инерции для добычи полезных ископаемых. Поскольку транспортные расходы высоки, балласт, возможно, придется поставлять из лунных материалов.

Далее в документе говорится, что, учитывая тогдашнее использование энергии в США, в то время потребуется 600 лунных горнодобывающих машин (стр. 25).

В публикации НАСА были подняты два важных вопроса:

1. Какова концентрация гелия в лунном реголите в зависимости от глубины, а также его площадное распределение 2. Почему содержание гелия в реголите сильно коррелирует с концентрацией TiO ₂ ?

Без данных по скважинам распределение содержаний по глубине не может быть известно до начала добычи.

Еще одна сложность заключается в том, что топография коренных пород неизвестна. Нельзя предполагать, что коренная порода гладкая и плоская. Волнистая и/или неровная коренная порода будет проблематичной для любого механического копающего устройства, такого как буксирный канат, роторный экскаватор или скребковый скребок . Это также уменьшит количество реголита, который можно добыть.

Кроме того, дневной и ночной циклы Луны повлияют на добычу полезных ископаемых — 13,5 солнечных дней при температуре поверхности до 127°C.$\sf^{\circ}$C, затем 13,5 дней темноты с температурой на поверхности до -173.$\sf^{\circ}$C. Нагрев реголита возможен только в период солнечного света, если используется солнечная печь.

Еще немного информации о добыче гелия-3 на Луне.

Как упоминалось в комментариях, возможность ядерного синтеза в качестве контролируемого источника энергии еще не доказана, а добыча гелия-3 на Луне в качестве сырья была бы очень дорогой и требовала больших усилий и должна была бы конкурировать с другими источниками. энергии.

Изменить 2 апреля 2020 г. - смета расходов НАСА на запуск материала на орбиту.

Конечно, есть веские аргументы в пользу использования существующих материалов на самой Луне для строительства лунной базы. По оценкам НАСА, доставка одного фунта материала на орбиту стоит около 10 000 долларов.

Это 4536 долларов США за килограмм.

Изменить 21 апреля 2020 г.

Astrobotic заявляет, что строит «железную дорогу» на Луну .

1,2 миллиона долларов за кг для более тяжелых предметов, таких как роботы-марсоходы, Astrobotic доставит полезный груз по вашему выбору на Луну, используя свой четырехногий роботизированный посадочный модуль Peregrine.