15噸月球氦-3是我國一年能源量?嫦娥5號探月,全球競爭新賽道

2020-12-03 沐春風LEE

2020年11月24日凌晨4:30分,在我國文昌航天發射場,長徵五號運載火箭成功地將嫦娥五號探測器送到了預定軌道,開啟了我國首次地外天體採樣之旅。

中國航天人經過幾十年的潛心努力,從定位探月項目開始,已經經歷了繞、落兩個階段。這次嫦娥五號再次探月,計劃帶回2千克月壤。從而實現繞、落、回三步走發展戰略任務。

進入新世紀,國家把深空探測列入重點發展方向之一。

目前的通信、氣象、資源等應用衛星都是因為擁有高位置而發揮作用,月球比衛星更「高」,從那裡回望地球必然有不同效果;月球上重力只有地球的六分之一,而且沒有磁場。如果能在月球上生產新型合成材料或生物藥品,將會比地球上有更好的效果;月球沒有大氣,在月球上用40釐米直徑望遠鏡的觀測宇宙,其效果就相當於地球8米直徑的望遠鏡;就礦產和能源資源而言。人類在月球上已經發現月巖中有100多種礦物,僅月球上的氦3最保守估計可供全世界使用1萬年。如何利用,只是時間問題。

任何事實,擁有主動權是最好的維護權益的利器。月球資源有目共睹,但不是別人給予。自已動手,豐衣足食。是對資源擁有和分配的最生動的寫照。

從技術角度上考慮,探月工程將推動基礎科學和應用技術新突破,也代表一個國家的創新能力。同時,深空探測技術和成果,也是衡量一個國家綜合國力和文明程度的重要指標。

基於上述事實,對月球的探測順理成章地成國家太空發展首要任務。我國的探月工程始於2004年。目前已經取得了任務的多次成功。2007年10月24日,嫦娥一號掀開了嫦娥探月工程的大幕,它全方位地考察了月球的總體情況。

此後,我國又先後經歷:2010年10月1日,嫦娥二號對月球的探測任務;2013年12月14日,嫦娥三號和玉兔一號軟著陸月球,成為37年內再次訪問月球的人類使者。2014年11月1日,嫦娥五號T1試驗器觸發驗證,為這次嫦娥五號採樣返回任務作更多的技術儲備。2018年5月21日,鵲橋號出發,成為人類唯一地球與月球背後通信中繼衛星。2019年1月3日,嫦娥四號和玉兔二號成功著陸月球背面南極艾特肯盆地,實現了人類探測器首次在月球背面軟著陸。

如今,嫦娥五號在完成任務的同時,還將對我們的深空技術進行極限挑戰。本次探月,探測器再將在月球正面呂姆克山脈附近著陸,這個位置從未有過其他國家到達過。如果成功,中國是繼美國和前蘇聯之後第三個取得月亮樣本的國家。上述信息,相信你已大致了解我國探月工程的來龍去脈。今天重點和大家分享一下,這次嫦娥5號對月球資源方面的探索。科學家預計,目前全球煤炭還能開採100年,石油70年。核電需要的鈾礦,按目前發展速度僅能用50年。地球本土能源的日益匱乏與人類對能源需求日益增長的矛盾日趨嚴重。新能源的開發及發現也已提到人類發展的日程。所幸,通過多半個世紀人類對月球的考察及研究,已經發現月巖中含有很多種物質和能源。月壤中,氧佔40%,它是推進劑和受控生態環境生命保障系統的供氧源;矽佔20%,它是製作太陽電池陣的原材料。其他元素的比例約是,鉛7%、鎂5%、鐵8%、鈣9%、鈦5.5%,鈉、鉀、錳含量佔千分之幾,鋯、鋇、鈧、鈮含量為萬分之幾。把月球土壤樣品加熱到2000攝氏度後,科學家還發現有惰性氣體從月壤中逸出,其中有氦、氬、氖、氙等放射性粒子。更可喜的是,月球上還富含地球上少有的清潔能源氦-3,它是核聚變反應堆的理想燃料。它就是今天我們要分享的重點。

氦-3至今一直被人們稱為人類的未來能源。地球之所以稀缺,主是地球的磁場和厚厚的大氣層阻擋了太陽持續不斷地釋放的氦-3,目前整個地球的氦-3僅有15噸左右,尚不能支持我國1年的用電量。但是,月球40多億年來,一直不斷地吸收和積累著太陽釋放的氦-3。根據計算,從月球表面到地底下數米深的地方大概有110萬噸氦-3。同時,在核聚變反應中,氦-3聚變釋放出的能量是所有核聚變反應中最大的。再者,氦-3的熱核反應堆中沒有中子,故使用氦-3作為能源時不會產生輻射,不會為環境帶來危害。因此氦-3是核聚變最理想也是最清潔的燃料。

目前全世界所有的人口,所有的國家的城市,一年的用電量只需要一百噸的氦-3就能完成。保守估計月球的氦-3可供全世界開採10000年。如果這次嫦娥五號成功完成任務,我們就可以進一步明確月球上氦-3的存貯量,也為後繼的開發劃提供重要的依據。特斯拉CEO埃隆.馬斯克,他一直在為移民火星計劃做著努力。但,實質上,他知道火星移民只有70%的機會能夠成功,也很有可能一去不復返。埃隆馬斯克的太陽能面板廠SolarCity也一直在探索移民及火星的供電問題。其實,不管是往返地外天體,還是早期移民的問題。能源永遠是首當其衝的問題。相對於火星,遠沒有隻離地球38萬公裡月球更實際。

近幾十年來,人類也一直沒有迎來對新技術理論的重大突破,不難發現能源的瓶頸也許是影響發展的重要的障礙之一。目前,就全球而言,煤炭,石油,天然氣依然是最主要的能源來源,但是可開發量,也所剩不多。而目前最主要新能源領域,包括中核發電、大型水電等,都無法從根本性地解決能源安全的問題。據統計,目前地球上大概有20%的能源來自於核裂變反應。但,自從經歷1979年,美國三裡島核事故,1986年前蘇聯車諾比核事故一架。2011年日本福島核事故這三起核事故後,人類對核電站發展的信心產生了質疑,使得全球核電站發展蒙上一層重重的陰影。

特別是在2011年福島核洩漏事故發生後,許多國家開始重新對核電站的發展重新評估。日本叫停了全國所有的核電站,法國宣布到2030年將國內核電站發電佔比從75%下降到50%。美國暫緩的所有核電站申請的批覆,我國暫停了所有核電站新項目的審批等。許多國家開始不同程度地擱置的核電站的項目。到目前為止,人類還沒有一個比較好的方法處理核電出現在的負面影響。

這種情況下,如果有氦-3的作為新能源的補充,情況就會另一番景象。由於氦-3可以與氫的同位素氘進行核聚變反應,與一般的核聚變反應不同,氦-3在核聚變的整個過程中不產生中子,它放射性非常小,而且整個反應非常易於控制。氦-3在整個反應過程中輻射性產物僅為1%到5%左右。也可以有效杜絕類似於福島核洩漏事故後,核輻射的問題。可以說它既環保又安全。

如果採用氘和氦進行核聚變反應發電,相對於而2019年我國煤炭消耗的48.6億噸,每年只需要20噸左右的氦-3就可以滿足我國一年能源的需求。

雖然,目前人們對氦-3的研究還不是特別成熟,但是可以肯定的是,以氦-3為代表的第三代核聚變材料是一種安全,清潔,並且非常可靠的新能源。在目前其他新能源技術在經濟性上不具備競爭力的情況下,氦-3是非常值得去研究和探索的。

另一方面,氦-3也是非常完美的火箭推進器的燃料。可以說對於未來星際移民、深空探索也至關重要。

目前全球平均電價計算,一噸的氦-3價值大概在四百億美元以上。所以理論上開發一噸的成本小於四百億美元都是划算的。

如果能夠在月球上實現氦-3的量產,按目前的太空梭,僅一個晝夜就可以把數噸氦-3運回地球。如果這個設想能夠實現,按照科學的計算成本,大概是現在核電站發電成本的十分之一不到,加上它安全和環保的特性。月球上的氦-3具有巨大的開發前景。所以,嫦娥五號探測器這次的任務這次顯得尤為重要。

這次任務將是人類在時隔44年後再次嘗試獲取月球土壤樣本。總之,預祝嫦娥五號能夠順利完成任務,滿載而歸。

它將是中國乃至整個人類深空發展史上濃墨重彩的一筆。

相關焦點

  • 15噸氦-3是我國一年的能源量?嫦娥5號探月,全球競爭新賽道
    此後,我國又先後經歷:2010年10月1日,嫦娥二號對月球的探測任務;2013年12月14日,嫦娥三號和玉兔一號軟著陸月球,成為37年內再次訪問月球的人類使者。2014年11月1日,嫦娥五號T1試驗器觸發驗證,為這次嫦娥五號採樣返回任務作更多的技術儲備。2018年5月21日,鵲橋號出發,成為人類唯一地球與月球背後通信中繼衛星。
  • 100噸球氦-3是全球一年能源量?嫦娥5號探月,細品氦-3未來
    從技術角度上考慮,探月工程將推動基礎科學和應用技術新突破,也代表一個國家的創新能力。同時,深空探測技術和成果,也是衡量一個國家綜合國力和文明程度的重要指標。基於上述事實,對月球的探測順理成章地成國家太空發展首要任務。我國的探月工程始於2004年。目前已經取得了任務的多次成功。2007年10月24日,嫦娥一號掀開了嫦娥探月工程的大幕,它全方位地考察了月球的總體情況。
  • 15噸氦-3是我國一年的能源量?
    我國的探月工程始於2004年。目前已經取得了任務的多次成功。2007年10月24日,嫦娥一號掀開了嫦娥探月工程的大幕,它全方位地考察了月球的總體情況。此後,我國又先後經歷:2010年10月1日,嫦娥二號對月球的探測任務;2013年12月14日,嫦娥三號和玉兔一號軟著陸月球,成為37年內再次訪問月球的人類使者。
  • 嫦娥5號帶回來的氦-3如此強悍,月球會不會被開發成國家級5A景區
    國家花了30億造了嫦娥5號,唱著五月天的歌私奔到了月球,就是為了帶2公斤的土回來。我算了一下,一克月球土壤價值150萬人民幣。這次的科學探索到底值不值?能給我們國家帶來哪些好處?首先這次嫦娥5號能夠從月球上帶回2公斤的月球土壤,已經讓我國成功超越前蘇聯,成為世界第二個帶2公斤以上月球土壤的國家,把歐洲,日本印度之流遠遠甩在身後。也是美國阿波羅計劃,前蘇聯之後,人類首次從月球帶土壤回來。意義十分重大。
  • 嫦娥五號將帶回稀有物質,100噸夠全球用一年,多國要去月球開採
    目前,我國的嫦娥五號已經帶著2公斤月球土壤飛離月球,進入環繞月球飛行的預定軌道。待到合適的時間窗口,它將啟程返回地球,為我們帶回極為珍貴的月壤。嫦娥五號挖到的土並不是一般的土,這引起了很多科學家的極大興趣。此前,美國宇航局(NASA)的阿波羅載人登月任務帶回的月巖都十分古老,年齡普遍達到了31.6億年。
  • 嫦娥5號帶回的氦-3如此強悍,月球會不會被開發成國家5A景區
    國家花了30億造了嫦娥5號,唱著五月天的歌私奔到了月球,就是為了帶2公斤的土回來。我算了一下,一克月球土壤價值150萬人民幣。這次的科學探索到底值不值?能給我們國家帶來哪些好處?
  • 人類探月史之三,「嫦娥一號」繪製月球全景圖,美國探尋礦產氦3
    1991年3月4日,「飛天號」在經過7次繞月飛行後,開始進行氣動制動試驗。3月19日,它飛回到太平洋上空125.5千米的上空,將速度由原來的11千米/秒降低了1.712米/秒。20日,飛天天進入120千米的上空,將速度降低了2.8米/秒。在完成了氣動制動試驗後,飛天號再次進行了第9次繞月飛行。1991年10月2日,第10次飛掠月球,在L4與L5拉格朗日點軌道上探尋宇宙粒子。
  • 嫦娥5號登月採集氦-3,即將引發下一場能源革命?
    嫦娥5號探測器月球模擬圖,圖片來源人民日報我國首艘月球採樣飛船,嫦娥5號探測器於2020年12月2日在月球預選著陸區成功著陸,採集月球表面土壤2公斤。12月6日5時42分,嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接,並於6時12分將樣品容器安全轉移至返回器中,這是我國首次實現月球軌道交會對接。2020年12月6日13時,嫦娥五號軌道器和返回器組合體與上升器成功分離,進入環月等待階段,準備擇機返回地球。那麼大老遠,折騰些月壤回來有什麼用呢?今天我們從能源的角度來解讀一下。月壤中富含氦-3,目前已探明儲量約為100萬噸。
  • 完美能源氦-3,地球只有半噸可用,月球卻有百萬噸,我國已在行動
    關於氦-3這種東西,很了解它的人並不多,實際上它是一種無色無味的氦氣同位素氣體,被公認為一種未來將被廣泛應用的核聚變能源燃料,因為氦-3可以和氫的同位素發生核聚變反應,但是與一般的核聚變反應不同,氦-3在聚變過程中不產生中子,所以放射性小,而且聚變反應過程易於控制,既環保又安全,所以有這種原材料做基礎的話
  • 「嫦娥五號」—月球採樣返回倒計時
    嫦娥二號為嫦娥三號登陸月球選定的著陸點—雨海虹灣地區細緻拍照探測「引路」,獲取了虹灣局部區域1.3米的高解析度圖像,並拍攝發布了7米超高解析度月球表面三維影像數據。完成探月任務後,嫦娥二號繼續向更遠的太陽系深空前進,並順路近距離「拜訪」了小行星—戰神星(圖塔蒂斯)。
  • 將來會成為人類重要能源的月球資源「氦3」
    中國「嫦娥一號」的科學目標第三條明確指出了這一研究重點:探索月壤的特性,研究月壤的厚度,估算氦-3的資源量。在對「嫦娥一號」探月衛星微波數據進行一年多的分析後,香港科技大學與北京天文臺的合作團隊公布了月壤研究的發現,「月壤(月球土壤)的氦-3 (He-3)存量預計達100萬噸,轉化成核能後足夠地球使用千年以上。
  • 嫦娥五號從月球帶回的2kg土壤中,可能含有氦3這種能源
    不過,地球上的氦3總量只有500千克,大約只夠全世界用幾小時。而月球上的氦3非常豐富,大約有100萬~500萬噸之多。每100噸可讓人類用1年,如將月球的氦3全部利用就能用100萬年以上。而各航天大國紛紛探月目的之一就是勘探氦3。
  • 嫦娥5號之後,我國載人登月階段開啟
    十一月二十四日凌晨,嫦娥五號在長徵五號火箭的巨大推力下,向月球進發,經過20多天的行程,將帶著月壤返回月球,這也是我國無人探月階段「繞、落、回」三部曲的最後一步。在以嫦娥5號為標誌的探月工程中,我國的探月工程分為無人探月、載人登月和建立月球基地三個階段,完成無人探月後,該工程將開始載人登月階段,海南文昌發射基地的啟用,新一代運載火箭、載人飛船的研製,都預示著我國載人登月將不再遙遠。
  • 我國探月工程又出新計劃,嫦娥七號赴月球南極,或為載人登月探路
    迄今為止,我國已經進行了4次探月活動,完成了探月工程中要求的第一和第二階段的繞、落、巡的任務目標,很好地檢驗了我國航天技術能力,並對月球取得了一系列的科研成果,到今年10月份前後,我國將長徵五號火箭發射嫦娥五號月球探測器,實現探測器到月球表面對月壤採樣返回的任務目標。
  • 嫦娥四號今年探月分兩步走 我國未來或建「月球基地」
    今年是我國的航天發射大年,中國空間技術研究院黨委書記趙小津日前接受央視記者專訪時透露,嫦娥四號探月任務將在今年分兩次發射,嫦娥四號月球探測器將抵達人類探測器未曾觸及的月球背面。航天科技集團中國空間技術研究院黨委書記趙小津:嫦娥四號我們計劃2018年下半年來發射,這是人類首次實現對月球背面的探測。
  • 科技|中國探月16年,嫦娥五號或將改寫月球歷史
    更重要的是,科學家還在採集回來的樣品中發現了核聚變的理想原料氦-3。按照目前地球的能源消耗規模,月球上的氦-3用於核聚變發電後,能夠滿足人類約一萬年的能源需求。 經過多年沉寂,俄羅斯近期又重啟登月計劃。今年,俄羅斯已經把載人登月作為其長期戰略目標,並開展了新一代載人飛船、重型運載火箭等設備的研製。
  • 嫦娥四號為什麼要去月球背面?
    在這裡,嫦娥四號將探索月球最深層的秘密,比如對撞擊坑下方的結構進行雷達探測,為這些地貌的形成提供解釋;深度繪製馮·卡門撞擊坑地下結構,同時結合撞擊坑規模、月壤厚度等數據,提供著陸區地層剖面信息。之後,嫦娥四號將通過2018年5月份發射的中國「鵲橋」號通信中繼衛星與位於中國、阿根廷和納米比亞的地面站進行聯繫,傳遞無線電信號,同時發回電視圖像。
  • 完美能源氦-3,地球只有半噸可用,月球卻有百萬噸
    關於氦-3這種東西,很了解它的人並不多,實際上它是一種無色無味的氦氣同位素氣體,被公認為一種未來將被廣泛應用的核聚變能源燃料,因為氦-3可以和氫的同位素發生核聚變反應,但是與一般的核聚變反應不同,氦-3在聚變過程中不產生中子
  • 嫦娥4號再立新功!月球背面發現巨大異物,面積相當於5個夏威夷
    、建立月球基地」三個階段,如今探月工程進行了15年,已經將4個「嫦娥」探測器送到了月球,圓了中華民族飛天攬月之夢。·詹姆斯根據NASA發射的探測器獲得數據分析,發現在艾特肯撞擊坑下存在著面積為5個夏威夷大小的金屬腫塊,近日國際頂級學術期刊《自然》雜誌發表了一篇來自中國科學家的重大發現:「嫦娥4號」的著陸區正是南極-艾特肯盆地,其光譜探測數據顯示著陸區月壤中存在著以橄欖石和低鈣輝石為主的月球深部物質,這些物質可能來自月殼之下更深的月幔,為月幔組成提供了直接證據,為研究月球的演變提供了有力的支撐!
  • 嫦娥五號取月壤,中國探月的「一小步」
    面對0.5克的月巖,學者花了4個月研究其化學成分、同位素、礦物質、採集地點等,發表了14篇研究文章,研究結果讓美國人信服。這是中國學者研究月球巖石的開始。目前全球有300多千克從月球採集的樣品,其中381.7千克由美國人採集,約300克由蘇聯人採集。現在,中國計劃帶回2千克。這是1976年蘇聯「月球24號」任務後,人類第一次從月球採集樣品。