月球是地球唯一的衛星,不但承載著人類對外太空探索的希望,而且還可以作為人類向更加遙遠的深空進行星際探測和航行的中轉站。與此同時,隨著地球上資源、能源消耗量的不斷增加,將目光放到其它星體上進行能源資源開採越來越成為一種趨勢,而月球作為距離地球最近的星體,勢必會「近水樓臺先得月」,對月球資源的開發,估計在不久的將來將會成為一種熱潮。
從人類近幾十年向月球發射的眾多探測器作回的資料來看,月球上擁有豐富的資源,其中包括大量的水冰、鐵、鈦、鉀、鉻、鎳等金屬礦床以及稀土、磷礦、矽等,除了這些地球上常見的礦產資源以外,月球上還擁有著地球上非常稀有的氦-3。
大家都知道,太陽內部每時每刻都在發生著核聚變,在高溫高壓條件下,氫元素中的質子在量子隨穿效應的作用下,有一定機率進行質子-質子鏈式反應,兩個質子首先結合形成氘,然後氘與1個質子聚合形成氦-3,兩個氦-3再進一步聚合形成氦-4,在此鏈式反應中釋放出大量的能量。
從目前的科技水平來看,我們還無法完全還原太陽內部的核聚變反應,也就無法通過核聚變反應來獲得足夠多的能量。目前包括我國在內一些國家著力研究的可控核聚變技術(即「人造太陽」),還僅處於實驗及技術攻關階段,距離投入大規模的應用還差距甚遠,主要的技術瓶頸就是在特定的磁力約束裝置下,尋找非常耐高溫的材料比較困難,而且同時控制能量輸入輸出比,使其達到最終輸出能量大於輸入能量可控狀態的難度也非常大。
從太陽內部的鏈式聚變反應來看,從質子聚變為氘的反應條件相對最低,意味著最容易實現,不過在此過程中會產生中子和伽馬射線。如果我們在地球上模擬太陽內部的核聚變從質子聚合成氘開始(這也是常規實驗最常用的一種方式),那麼所釋放的中子在衰變過程中,會對反應裝置產生嚴重的破壞作用。如果我們選擇從鏈式反應的後端環節開始,即從氦-3聚變為氦-4,由於這個環節不會釋放出中子和伽馬射線,因此相對來說要清潔和安全得多。所以,現在開展可控核聚變的理想原材料無疑就是氦-3。
只可惜那些從太陽內核中逃逸出來的氦-3,在隨著太陽風傳送到地球時,絕大部分被地球的磁場所阻擋,所以地球上的氦-3資源非常稀少,滿打滿算才半噸左右,這些還都是依靠地球本身擁有的微量氚(重氫)通過β衰變而來。而月球幾乎沒有磁場,那些通過太陽風攜帶的氦-3可以輕而易舉地到達月球的表面,月球表面的巖石和月壤長時間地受到太陽風帶電粒子的轟擊,氦-3就逐漸在月球表面上被捕獲而富集起來。據科學家測算,月球上的氦-3資源總量可以達到70多萬噸,是地球總量的100多萬倍,理論上可以供人類使用上萬年。這對於未來能源越來越緊張的地球來說,勢必是潛力巨大、清潔高效的能源「補給站」,所以也成為許多大國想方設法要進行月球開發的動力之一。
所以,只要我們完全掌握了可控核聚變技術,屆時的科技發展水平肯定可以達到將月球資源大批量帶回地球的程度,而且從月球上帶回這些礦產資源,對月球的總質量影響也不會太大,月球圍繞地球公轉的軌道也不會發生什麼改變,對地球的潮汐作用也不會產生明顯影響,但是對於地球能源領域的深刻影響和巨大變革肯定起到重要的推動作用。
至於今後誰有權利在月球上開礦,這個問題,早在很多年前聯合國就有了明文規定,即任何國家對於地外空間,都不具有所有權,這也從根本上杜絕了以國家的名義,今後開展太空競爭特別是行星礦產資源爭奪的可能性。但是,聯合國卻沒有對以私人名義進行這項活動提出相關的限制措施,所以,以後通過國家支持有能力的企業進行這項活動,或許會成為一種趨勢。
綜上,我們可以看出,我們在地球上開展可控核聚變,一方面考慮的要以最低的條件進行操作,第二要考慮運行的成本,第三還要考慮能量的輸入輸出比,在一定條件下使用氦-3是最經濟、最安全、最高效的方式。我們並不是非得要用月球上的氦-3,只要技術水平達到了,像水星、火星上都可以開採到足夠的礦產,只不過從現在的情況看,月球距離地球最近,而且含量也不少,是一定時間內最有可能實現大規模開採的首選目標。