每吨30亿美元我国嫦娥五号带回的月壤样

月球是人类最早“派出”探测器近距离观测的天体,同时也是截至目前人类唯一登陆过的地外天体。虽然它与地球一样位于太阳系的宜居带,但是由于没有磁场、没有大气层、没有液态水,表面状态一片死寂。从上世纪50年代人类发射第一颗人造卫星以来,对于太空探索的脚步始终没有停歇,而月球自然而然成为人类认识宇宙的绝佳跳板。

虽然月球距离地球仅有38万公里,但是由于人类火箭发射和能源问题的束缚,除了自然情况下降落到地球的月球陨石之外,人类从上世纪60年代至我国嫦娥五号发射前,也只有9次登月任务(包括无人和载人航天器)从月球上带回了月壤样本,其中6次为美国的阿波罗载人登月计划,共带回公斤。其余3次为前苏联的无人探测和采样任务,仅带回克。

上述9次任务,探测器以及宇航员登陆的地点,都位于月球正面,而且集中在中纬度地区,所以样本的类型非常单一,并不能反映月球的整体面貌,另外样本的形成时间,也都集中在距今30亿年之前,也不能反映月球最新的历史发展演化规律和特征。借鉴这个问题,我国于年11月24日发射了嫦娥五号月球探测器,着陆地点虽然依然确定为月球正面的暗深色月海区域,具体为风暴洋北部的吕姆克山地区,相比之前的登陆地点,纬度明显较高,这里没有任何探测器涉足于此。

嫦娥五号在登陆以后,立即启动月球表面钻探工作,共采集了1.公斤的样本,成功将其带回地球,至此圆满完成了我国探月工程“绕、落、回”的总目标。令人欣喜的是,对采回的样品进行分析,科学家们发现这些月壤的形成年代,距今只有13亿年,要比之前前苏联和美国带回的样本,平均“年轻”10亿多岁,这对于重新研究和分析月球的演化历史、重新评估月球和地球之间的关系,都具有重要意义,是以往样本所无法比拟的。所以,当我们带回这些月壤之后,即使美国之前采回那么多,也无比的眼红,想要索取一些拿回去研究,就是这个道理。

除此之外,对月壤开展研究的一个重要课题,那就是从中“提取”到利用月壤的能源价值。今年7月份,我国一共向13家研究机构分发了第一批共31份月壤样本,来开展相关的科学研究工作,总重量为17.47克。其中,核工业北京地质研究院获得了50毫克的样本,重点就是开展将月壤作为核聚变动力潜在来源的研究工作,具体来说就是从样本中寻找和提取氦3。

目前,包括我国在内的少数国家,正在紧张有序地开展“人造太阳”的研发,目的就是创造一种可控的核聚变装置,投入少量的原材料,来获取巨量的能量。“人造太阳”的原材料,目前看大多选择的是氘和氚,这两种氢的同位素在地球上含量十分丰富,但是与氦3相比,二者的能量偿还比例差得太多,主要原因是反应中会释放速度非常快的中子,大量的能量白白地浪费掉,而且还不安全,控制难度大,成本方面也远远高出利用氦3作为原材料的核聚变。所以,氦3目前被科学界公认为最高效、最安全、最清洁的核聚变材料。

然而,地球上的氦3资源“捉襟见肘”,总量还不到1吨,而且大部分都难以开采,全球加起来目前可供可采的还不到公斤,开发成本差不多每吨30亿美元。所以,从地外寻找氦3资源成为当务之急。可喜的是,通过之往的研究分析,科学家们发现月壤中氦3的含量十分丰富,保守估计能够被开采的总量可达万吨左右。

据分析,公斤氦3参与核聚变所产生的能量,可以让一座装机规模10亿瓦的发电厂运行1年,消耗吨氦3,理论上就能供全世界用电足足1年。所以,如果能够有效地开采月球上的氦3资源,并且在“人造太阳”技术实现突破的前提下,地球上的能源问题将迎刃而解,并且将极大提升全球能源发展的绿色化水平,对于从根本上解决温室气体排放、全球变暖问题具有重大的现实意义。

那么,为什么月球上这么多氦3呢?原因就在于氦3来源于太阳,从太阳出发的太阳风,携带着大量的氦3粒子流,毫无偏袒地吹向四面八方,但由于月球没有大气层和磁场,氦3可以直接到达月球表面,并均匀地分布在月壤之中,经过几十亿年的积累,使得月壤中的氦3十分丰富。而地球由于存在着大气层和磁场,氦3大部分都被隔绝在大气层和地磁场之外,基本上到达不了地表,所以氦3成为地球上的“稀缺”资源。

我国在“人造太阳”的研发上,目前已经走在了世界前列,而且我们分别在合肥和成都建造了两处装置,都已实现1亿度以上运行时间超过百秒的壮举。正如公开的那样,从现在的进展看,到年实现质的突破希望非常大。

如果我国“人造太阳”成功实现可控目标,那么月球的氦3资源就会派上大用场,月球必将成为供应能源原料的最佳基地,这无论是解决地球能源问题,为人类造福,还是为人类的太空探索“提速”、拓展深空探测的深度和广度,都具有划时代的意义,让我们拭目以待吧!




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