Достаточно ли прибыльен гелий-3, чтобы оправдать добычу полезных ископаемых на Луне?

Это не идеальный источник, но Чарльз Стросс включил добычу лунного He3 в свой список научной фантастики.

http://www.antipope.org/charlie/blog-static/2015/12/science-fictional-shibboleths.html

Краткий ответ: Нет. Есть лучшие материалы для сплава.

А теперь самое важное: добыча лунного реголита для получения гелия-3. Это лженаука на ходулях, и она продолжает возрождаться из мертвых. Это также бочка с просроченными красными селедками, которую космические кадеты продолжают выкатывать каждый раз, когда перед ними стоит задача представить экономическое обоснование космической колонизации. Вот почему это дерьмо...

Слияние, начало Дженги, является источником энергии будущего. (Это может быть правдой, а может и нет: я надеюсь, что это так.) Однако самая простая форма реакции, которую вы можете запустить в термоядерном энергетическом реакторе, — это дейтерий-тритий. Это имеет тенденцию высвобождать большую часть своей энергии в виде нейтронов, которые в идеале могут быть захвачены и использованы для производства большего количества тритиевого топлива и производства отработанного тепла для привода турбогенератора. Проблема с нейтронами в том, что они довольно проникающие, и когда они замедляются настолько, чтобы быть захваченными атомным ядром, они превращают его, часто в нестабильный изотоп. Таким образом, реакторы D/T, вероятно, будут страдать от одной из тех же проблем, что и реакторы деления: вызванное нейтронами структурное охрупчивание и вторичная активация с образованием радиоактивных отходов с высоким уровнем активности.

Анейтронный синтез, который на самом деле еще не был испытан даже в прототипе исследовательского термоядерного реактора, предлагает возможность работать на другом топливе и производить менее 1% своей выходной энергии в форме нейтронов. Гелий-3, изотоп гелия, состоящий из двух протонов и одного нейтрона, в принципе может быть синтезирован с дейтерием вместо (радиоактивного) трития и производить энергию с гораздо меньшим выходом нейтронов — энергоносящий продукт реакции представляет собой протон, который можно удержать с помощью магнитных полей. Отсюда интерес к конструкциям реакций синтеза He3.

Первая проблема с реакторами He3 (после — кашель — мы еще не знаем, как его построить) заключается в том, что He3 невероятно редок. Он стоит порядка миллионов долларов за килограмм, а глобальные поставки очень ограничены; его определенно недостаточно для обеспечения глобальной энергетической экономики даже на сегодняшнем уровне. Но есть некоторые свидетельства того, что Не-3, образующийся на Солнце и излучаемый солнечным ветром, может быть захвачен лунным реголитом. Поэтому план, согласно сторонникам лунной колонизации, состоит в том, чтобы построить на Луне обширные карьеры, чтобы добывать эту исчезающе редкую пыль самогона/пикси и экспортировать ее на Землю, чтобы питать нашу энергетическую экономику 22-го века. И, конечно же, оценки того, что мы могли бы поддерживать наш нынешний уровень энергопотребления, перерабатывая 4 миллиона тонн лунного реголита в неделю, — это музыка для ушей космических кадетов, потому что, ну, это означает, что большие инженеры и, следовательно, большие инженеры со стальными челюстями, с логарифмическими линейками и торцевыми ключами под рукой, чтобы ремонтировать горнодобывающие машины, когда они ломаются. Космическая колония оправдана!

Только это самогон и барахло. Во-первых, у нас нет анейтронного термоядерного реактора, не говоря уже о планетарной базовой мощности, приводимой в движение анейтронными термоядерными реакторами, нуждающимися в топливе. Черт, у нас даже нет работающего термоядерного реактора DT, который мог бы производить избыточную энергию; ITER не должен получить первую плазму до 2020 года и не начнет операции по реакции DT до 2027 года, а Wendelstein 7-X, хотя и многообещающий, отстает на поколение (примерно эквивалентно тому, где был Объединенный европейский тор в 80-х) .

Но давайте поторопимся. Предположим, у нас есть работающий термоядерный реактор. Давайте даже предположим, что мы потратили десятилетия беготни, необходимой для создания работающего анейтронного термоядерного реактора — стоит отметить, что анейтронные реакции должны протекать примерно на порядок горячее, чем могут достичь термоядерные реакторы DT, и они уже находятся в стадии разработки. Диапазон 100 миллионов кельвинов. Но давайте поиграем в игру понарошку: увидим ли мы тогда крупномасштабную добычу лунного реголита для подпитки зверей?

Неа.

Потому что оказывается, что если вы можете построить анейтронный реактор, то, при условии значительной тонкой настройки, вы можете запустить его на топливе, отличном от сверкающего лунного реголитового самогона и пикси-пыли — в частности, на цикле протон-бор-11 и цикл протон-литий-7. Оба этих топливных цикла являются анейтронными и работают на изотопах, которые легко доступны здесь, на Земле, в количествах, достаточных для питания нашей цивилизации в течение нескольких миллионов лет без попыток построить массивную инженерную инфраструктуру на безвоздушной скале. Существует даже цикл анейтронного синтеза, основанный на синтезе протонов и азота, хотя он производит меньше энергии и его еще труднее реализовать. Азот и водород... азот составляет около 80% нашей атмосферы, а водород составляет около 15% нашей гидросферы, так что мы'

Вывод: любая работа научной фантастики, которая берет «лунную добычу 3Не» в качестве экономической предпосылки, примерно так же правдоподобна, как и работа, предполагающая горение, вызванное высвобождением флогистона.

Никто не знает.

Во-первых, высокое значение He ₃ предполагает ядерный синтез в промышленных масштабах. Это вероятно, но неизвестно. Теоретически мы могли бы покрыть наши потребности за счет солнечного IIRC. И есть еще некоторые нерешенные проблемы с термоядерной энергией. Хотя более чистый синтез He _{3 помог} бы .

Во-вторых, полные затраты на добычу полезных ископаемых на Луне неизвестны в основном потому, что неизвестен точный метод, который лучше всего подходит для этого. Например, нужно ли нам основать настоящую лунную колонию или с этим справятся роботы с дистанционным контролем с Земли? Я предполагаю, что в конечном итоге развитие технологий приведет к достаточному снижению затрат. Но, очевидно, затраты также зависят от объема спроса, который зависит от доли энергии, получаемой от синтеза He _{3 .} Это зависит от того, какие другие источники энергии мы используем и в каком количестве.

В-третьих, мы могли бы найти более дешевый источник He ₃ . Строго говоря, это неправда, что его нет на Земле. Термосфера и экзосфера, самые высокие слои атмосферы, действительно содержат гелий, полученный из солнечного ветра, в качестве компонента. Добыча его оттуда может быть дешевле, чем добыча на Луне.

Тем не менее, это считается вероятным, поскольку на данный момент кажется, что стоимость He ₃ будет расти, а затраты на лунную добычу снизятся в будущем.

Конечно, если, если взять совершенно случайный пример, Китай захочет отправиться на Луну в качестве престижного проекта, чтобы доказать свой статус сверхдержавы, добыча He ₃ может быть использована для оплаты некоторых затрат. Точно так же разработка необходимой технологии добычи полезных ископаемых имела бы собственную ценность. Так что, строго говоря, может не быть необходимости, чтобы он был достаточно прибыльным, чтобы оплачивать полную стоимость.

Абсолютно, если вы хотите питать что-то на Луне.

В то время как транспортировка вещей с Земли на Луну может быть не очень дорогой, учитывая ограниченную глубину гравитационного колодца Луны, транспортировка чего- либо с Земли на Луну обойдется в кругленькую сумму. С развитием термоядерной энергетики было бы гораздо разумнее добывать гелий на Луне для использования в ваших ядерных реакторах.

Есть и основная причина, по которой нужно снабжать энергией что-то на Луне: гораздо дешевле вывести что-то на орбиту вокруг Земли, если вы начнете с Луны. Если люди серьезно относятся к массовому строительству орбитальных платформ, космических кораблей и тому подобного, экспорт всего производственного процесса, от добычи руды до окончательного изготовления на Луну, может привести к огромной экономии.

Если вы уже добываете его на Луне, его почти наверняка стоит экспортировать на Землю.

Как только у вас на Луне появится диверсифицированная горнодобывающая промышленность, почти наверняка стоит экспортировать этот гелий на Землю. Гравитационный колодец Луны достаточно мелкий, чтобы вы могли легко запускать капсулы на Землю, используя большую пушку Гаусса, стреляющую по касательной к поверхности Луны. Это, вероятно, будет вашим основным расходом, учитывая, что упаковка и парашюты могут быть изготовлены из лунных материалов и изготовлены на Луне.

Основываясь на действительно базовых оценках, я обнаружил, что гелий-3 имеет приблизительную стоимость 1050 долларов за литр на основе этой страницы Википедии . Предположим, что добыча полезных ископаемых стоит около 1 триллиона долларов США в год, чтобы установить и поддерживать ее на Луне. Согласно этой странице ,

В результате было подсчитано, что на поверхности Луны до глубины нескольких метров находится около 1 100 000 метрических тонн гелия-3.

Это дает нам приблизительное значение 997903214 литров сухого гелия 3 на поверхности Луны. Используя цифру в 1050 долларов , которую мы рассчитали ранее, прибыль этой системы дает 1047798400000 долларов , или 1047798,4 трлн долларов. (Все это, конечно, зависит от того, являются ли США единственной страной, добывающей этот ценный ресурс).

Кроме того, вы не указываете, насколько безопасна система для майнинга, поэтому я не буду делать никаких предположений, но мне кажется, что эта система того стоит.

См. книгу Г. Гарри Стайна «Третья промышленная революция». Она довольно устарела, но концептуально будет полезна.

Ответ не He3, а просто масса. Стайн выступает за солнечную энергию и микроволновые связи с Землей, построенные заводами на Земле, впереди и позади Луны в точках Лагранжа. Для начальной загрузки требуется многоразовая пусковая установка для тяжелого подъема. Корпорация Rand подсчитала, что за 20 лет на инфраструктуру было потрачено около триллиона (в долларах 1975 года), а затем на солнечные установки ГВт по паре миллиардов каждая. Блоки будут связаны с микроволнами с фазированной решеткой обратной связи. Наземные антенны будут иметь диаметр около 10 миль, но плотность мощности достаточно низкая, чтобы вы все еще могли использовать эту территорию для выпаса скота.

У Джерри Пурнелла и Бена Бовы есть романы, действие которых происходит в этом стиле будущего с несколько иными взглядами на экономику.