Maanschat - Helium-3

Maanschat - Helium-3
Maanschat - Helium-3

Video: Maanschat - Helium-3

Video: Maanschat - Helium-3
Video: The Expert (Short Comedy Sketch) 2024, Mei
Anonim

Een handvol aarde, die werd opgeraapt op de top van de maankrater Camelot, gleed van een gewone schep in een speciale teflonzak en ging samen met het Apollo 17-team naar de aarde. Op die dag, 13 december 1972, hadden weinigen zich kunnen voorstellen dat een monster van maangrond met het nummer 75501, evenals grondmonsters geleverd door Apollo 11 en een aantal andere expedities, waaronder het Sovjet-onderzoeksstation Luna 16, zullen dienen als een zwaarwegend argument voor de mensheid om te besluiten in de 21e eeuw terug te keren naar de maan. Dit besef kwam pas 30 jaar later, toen jonge wetenschappers van de Universiteit van Wisconsin een significant gehalte aan helium-3 aantroffen in een monster van maangrond. Deze zeer interessante stof is een isotoop van het bekende gas - helium, dat tijdens de feestdagen wordt gebruikt om kleurrijke ballonnen te vullen.

Zelfs vóór de maanmissies van de USSR en de VS werd een kleine hoeveelheid helium-3 op onze planeet gevonden, toen was dit feit al geïnteresseerd in de wetenschappelijke gemeenschap. Helium-3, dat een unieke intra-atomaire structuur heeft, beloofde fantastische vooruitzichten voor wetenschappers. Als we erin slagen om helium-3 te gebruiken in een kernfusiereactie, zal het mogelijk zijn om een kolossale hoeveelheid elektriciteit te krijgen zonder te verdrinken in gevaarlijk radioactief afval dat wordt geproduceerd in kerncentrales, ongeacht onze wens. De winning van helium-3 op de maan en de daaropvolgende levering aan de aarde is geen gemakkelijke taak, maar tegelijkertijd kunnen degenen die aan dit avontuur deelnemen de eigenaar worden van een verbluffende beloning. Helium-3 is de stof die de wereld voor altijd kan verlossen van "drugsverslaving" - fossiele brandstof, olienaald.

Op aarde ontbreekt helium-3 dodelijk. Een enorme hoeveelheid helium is afkomstig uit de zon, maar een klein deel ervan is helium-3 en het grootste deel is het veel algemenere helium-4. Terwijl deze isotopen als onderdeel van de "zonnewind" naar de aarde bewegen, ondergaan beide isotopen veranderingen. Helium-3, zo kostbaar voor aardbewoners, bereikt onze planeet niet, omdat het wordt weggegooid door het magnetische veld van de aarde. Tegelijkertijd is er geen magnetisch veld op de maan, en hier kan helium-3 zich vrij ophopen in de oppervlaktelaag van de grond.

Maanschat - Helium-3
Maanschat - Helium-3

Tegenwoordig beschouwen wetenschappers onze natuurlijke satelliet niet alleen als een natuurlijk astronomisch observatorium en een bron van energiebronnen, maar ook als een toekomstig reservecontinent voor aardbewoners. Bovendien is juist de onuitputtelijke bron van ruimtebrandstof het meest aantrekkelijk en veelbelovend. Een nieuw mogelijk continent voor aardbewoners ligt op een afstand van slechts 380 duizend kilometer van onze planeet; in het geval van een wereldwijde ramp op aarde, zou hier een schuilplaats voor mensen kunnen zijn. Vanaf de maan kun je andere hemellichamen observeren zonder veel interferentie, omdat dit op aarde tot op zekere hoogte wordt verstoord door de atmosfeer. Maar het belangrijkste zijn de onuitputtelijke energiereserves, die volgens wetenschappers genoeg zouden zijn voor de mensheid voor 15.000 jaar. Bovendien heeft de maan reserves aan zeldzame metalen: titanium, barium, aluminium, zirkonium, en dat is niet alles, zeggen wetenschappers. Tegenwoordig staat de mensheid nog maar aan het begin van het pad naar de ontwikkeling van de maan.

Op dit moment zijn China, India, de VS, Rusland, Japan - al deze staten in lijn met de maan, en deze landen worden steeds meer. Een andere golf van belangstelling voor de maan deed zich voor in het midden van de jaren 90 van de vorige eeuw. Toen ontstond in de wetenschappelijke gemeenschap de veronderstelling dat er water op de maan zou kunnen zijn. Nog niet zo lang geleden bevestigde de Amerikaanse LRO-sonde met het Russische Lend-apparaat dit eindelijk - er is echt water op de maan (in de vorm van ijs op de bodem van kraters) en er is veel van (tot 600 miljoen ton), en dit lost veel problemen op.

De aanwezigheid van water op de maan is bijzonder waardevol, omdat het een groot aantal verschillende problemen kan oplossen die zich voordoen tijdens de constructie van maanbases. Het water hoeft niet van de aarde te komen, het kan direct ter plaatse worden verwerkt, zegt Igor Mitrofanov, hoofd van het ruimte-gammaspectroscopielaboratorium bij IKI. Volgens sommige berekeningen zou de mensheid, met de juiste wens en financiering, zich binnen 15 jaar op onze natuurlijke satelliet kunnen vestigen. Bovendien zouden de eerste bewoners van de maan hoogstwaarschijnlijk aan de polen hebben geleefd in de buurt van grote voorraden ontdekt water.

Afbeelding
Afbeelding

Veel dingen op de maan zouden echter op een nieuwe manier moeten wennen - zelfs aan een proces als lopen. Het is veel gemakkelijker om op de maan te springen, het feit dat de zwaartekracht hier 6 keer minder is dan op aarde, werd ooit overtuigd door Neil Armstrong, toen hij 40 jaar geleden voor het eerst op het oppervlak van dit hemellichaam stapte. Tegelijkertijd is de belangrijkste vijand van de mens op de maan momenteel straling, er zijn niet zoveel opties voor redding waarvan. Volgens Lev Zeleny, directeur van het Space Research Institute van de Russische Academie van Wetenschappen, is er geen magnetisch veld op onze natuurlijke satelliet. Alle straling van de zon komt op de maan en het is vrij moeilijk om je ertegen te beschermen.

Tegelijkertijd is het een onbetwistbaar feit dat de maan de eerste stap moet worden voor menselijke vooruitgang in de ruimte, meent Zeleny Lev. Volgens hem kan de maan een overslagbasis worden voor lanceringen naar andere planeten van het zonnestelsel. Het zal ook mogelijk zijn om een vroegtijdig waarschuwingsstation te plaatsen over de nadering van gevaarlijke ruimtevoorwerpen naar de aarde: kometen en asteroïden, wat best belangrijk is in het licht van de recente gebeurtenissen. Het belangrijkste is echter helium-3, mogelijk de ruimtebrandstof van de toekomst. Het is moeilijk te geloven, maar het donkergrijze stof, dat is bekleed met het hele oppervlak van de maan, is een opslagplaats van deze unieke substantie.

Olie en gas op de planeet gaan niet eeuwig mee. Volgens een aantal deskundigen zal de mensheid zonder bijzondere problemen ongeveer 40 jaar van deze hulpbronnen kunnen leven. Tegenwoordig zijn kerncentrales het enige alternatief, maar door straling is dat niet zo veilig. Tegelijkertijd is een thermonucleaire reactie met helium-3 milieuvriendelijk. Volgens wetenschappers is er nog niets beters uitgevonden en daar zijn minstens 2 redenen voor. Ten eerste is het een zeer effectieve thermonucleaire brandstof en ten tweede, die nog waardevoller is, is het milieuvriendelijk, merkt Erik Galimov op, directeur van het Instituut voor Geochemie en Analytische Chemie genoemd naar V. I. IN EN. Vernadski.

Afbeelding
Afbeelding

Volgens de schattingen van Vladislav Shevchenko, hoofd van de afdeling maan- en planetair onderzoek aan het State Astronomical Institute van de Staatsuniversiteit van Moskou, zullen de reserves van helium-3 op de natuurlijke satelliet van de aarde voldoende zijn voor duizenden jaren. Volgens deskundigen is het minimale volume van helium-3 op de maan ongeveer 500 duizend ton, volgens meer optimistische schattingen is het daar minstens 10 miljoen ton. Tijdens de reactie van thermonucleaire fusie, wanneer 0,67 ton deuterium en 1 ton helium-3 in de reactie komen, komt energie vrij, wat overeenkomt met de verbrandingsenergie van 15 miljoen ton olie. Opgemerkt moet worden dat het momenteel nog nodig is om de technische haalbaarheid van het uitvoeren van dergelijke reacties te bestuderen.

En de winning van deze stof op de maan zal niet eenvoudig zijn. Hoewel helium-3 zich in de oppervlaktelaag bevindt, is de concentratie ervan erg laag. Het grootste probleem op dit moment is de realiteit van de productie van helium uit de maanregoliet. Het gehalte aan helium-3 dat de energie-industrie nodig heeft, is ongeveer 1 gram per 100 ton maangrond. Dit betekent dat voor de winning van 1 ton van deze isotoop minimaal 100 mln.ton maangrond.

In dit geval moet helium-3 worden gescheiden van onnodig helium-4, waarvan de concentratie in de regoliet 3000 keer hoger is. Volgens Erik Galimov zal om 1 ton helium-3 op de maan te winnen, zoals hierboven vermeld, 100 miljoen ton maangrond moeten worden verwerkt. We hebben het over een deel van de maan met een totale oppervlakte van ongeveer 20 vierkante kilometer, die moet worden verwerkt tot een diepte van 3 meter! Tegelijkertijd kost de procedure om 1 ton van deze brandstof naar de aarde te brengen minstens $ 100 miljoen. Maar in feite is zelfs dit zeer grote bedrag slechts 1% van de energiekosten die in een thermonucleaire elektriciteitscentrale uit deze grondstof kunnen worden gewonnen.

Afbeelding
Afbeelding

Volgens de schattingen van Shevchenko kunnen de kosten voor de winning van 1 ton helium-3, rekening houdend met de oprichting van alle noodzakelijke infrastructuur voor de productie en levering aan de aarde, oplopen tot $ 1 miljard. Tegelijkertijd kost het transport van 25 ton helium-3 naar de aarde ons $ 25 miljard, wat niet zo'n groot bedrag is, aangezien een dergelijke hoeveelheid brandstof voldoende is om aardbewoners een heel jaar van energie te voorzien. De voordelen van zo'n energiedrager worden duidelijk als we berekenen dat alleen al de Verenigde Staten jaarlijks zo'n 40 miljard dollar aan energiedragers uitgeven.

Volgens berekeningen van de Amerikaanse astronaut Harrison Schmitt wordt het gebruik van helium-3 in terrestrische energie, rekening houdend met alle kosten van levering en productie, winstgevend en commercieel levensvatbaar wanneer de productie van thermonucleaire energie met behulp van deze grondstof de capaciteit overschrijdt van 5 GW. Dit suggereert zelfs dat zelfs één energiecentrale die op maanbrandstof draait, voldoende zal zijn om de levering aan de aarde kosteneffectief te maken. Volgens de schattingen van Schmitt zullen de voorbereidende kosten zelfs in de onderzoeksfase ongeveer $ 15 miljard bedragen.

Een van de mogelijke opties voor de extractie van helium-3 werd voorgesteld door Eric Galimov. Om de extractie van de isotoop van het maanoppervlak te organiseren, stelt hij voor de regoliet te verwarmen tot 700 graden Celsius. Daarna kan het vloeibaar worden gemaakt en naar de oppervlakte worden verwijderd. Vanuit het oogpunt van moderne technologieën zijn deze procedures vrij eenvoudig en bekend. De Russische wetenschapper stelt voor om grondstoffen te verwarmen in speciale "zonne-ovens", die het zonlicht op de regoliet zullen concentreren met behulp van grote holle spiegels. In dit geval zal het uit de maanbodem mogelijk zijn om de zuurstof, waterstof en stikstof die erin aanwezig zijn te extraheren. Dit betekent dat de maanindustrie niet alleen grondstoffen voor het aardse energiecomplex zou kunnen produceren, maar ook raketbrandstof voor de raketten die het dragen, evenals lucht en water voor mensen die bij de maanondernemingen werken. In de Verenigde Staten wordt momenteel aan soortgelijke projecten gewerkt.

Maar dit is niet alles wat de maanbodem ons kan geven. De regoliet bevat een hoog gehalte aan titanium, wat op de lange termijn zal helpen om de productie van elementen van raketlichamen en industriële structuren direct op de natuurlijke satelliet van de aarde tot stand te brengen. In dit geval hoeven alleen hightech elementen van raketten, computers en instrumenten naar de maan te worden geleverd. En dit zou een tweede veelbelovende richting kunnen openen voor de hele maaneconomie - de bouw van de meest economische ruimtehaven, een wetenschappelijke basis voor de studie van het hele zonnestelsel.