Новини дня Нові наддержави народяться на Місяці - Вільна Преса - Новини сьогодні, 14 квітня 2012
Від енергетичного голоду людство врятує лише гелій-3, який буквально покриває поверхню супутника Землі.
Загалом через двадцять років, на думку деяких українських та американських експертів, людство зможе розпочати економічну експлуатацію Місяця. Насамперед природний супутник Землі розглядається як велика природна комора, з якої людство зможе черпати сировину для енергетики протягом багатьох тисяч років.
Яке ж паливо ідеальне для термоядерної електростанції? «Зростання маси ядер вимагатиме значного збільшення температури, за якої починається синтез. Тому практичне значення може мати тільки синтез за участю найлегших ядер», — пояснює директор Інституту ядерного синтезу, голова вченої ради Курчатівського центру Валентин Смирнов. Тому сьогодні найближча до вимог промислового використання реакція дейтерій – гелій-3. В результаті цієї реакції виділяються не нейтрони, а позитивно заряджені протони та інертний гелій-4. Плюси застосування гелію-3 в електростанціях дуже суттєві: вихідна сировина і продукти реакції, на відміну від варіантів з іншою сировиною, не мають радіоактивності. А, крім того, йде пряме перетворення енергії реакції в електричну минаючи тепловий цикл перетворення води в пару з властивими йому втратами, що знижують ККД станції. Адже продукти реакції (протони та ядра гелію) можна гальмувати в електричному полі і безпосередньо збуджувати струм у навантаженні. В результаті ККД гелієвої електростанції буде щонайменше вдвічі більше, ніж у сьогоднішніх атомних станцій, у яких цей показник не перевищує планку 30%.
Ще один плюс – економія на системах захисту. У разі виходу термоядерної реакції з-підконтролю людини, температура реакції з законів фізики неминуче впаде у мільярдні частки секунди, і реакція припиниться сама собою. Таким чином, термоядерний реактор навіть теоретично не зможе перетворитися на водневу бомбу: «у гіршому випадку оплавиться верхній шар металевих стінок реактора на глибину до 1 міліметра, але і для цього потрібний дуже рідкісний збіг несприятливих факторів», — каже Валентин Смирнов. Таким чином, термоядерна електростанція буде куди безпечнішою за атомну, не кажучи про те, що відсутність величезних витрат на експлуатацію багаторівневих систем захисту зробить їх дешевшими порівняно з АЕС.
Залишається вирішити питання з постачанням сировини. Де можна недорого взяти гелій-3? Вчені вважають, що частина гелію могла виникнути під час Великого вибуху, проте його більшість утворюється з дейтерію під час термоядерного синтезу на зірках. Тому практично весь доступний нам гелій-3 виготовлений на Сонці. Втім, летіти за ним на саме світило аж ніяк не обов'язково – разом з іншими елементами потенційну сировину для електростанцій розносить сонячний вітер. Ось тільки на Землі цього ізотопу вкрай мало, лише кілька сотень кілограмів, що унеможливлює промислову експлуатацію «домашньої» сировини. Найближча до нас комора цієї речовини - Місяць. Гелій-3 у вигляді дрібних частинок льоду розподілений на її поверхні майже рівномірно, проте в районах «місячних морів» його концентрація перевищує середні показники в 5 разів, каже директор Інституту геохімії та аналітичної хімії (ГЕОХІ) ім. В.І. Вернадського РАН Ерік Галімов . Тут його варто добувати.
За підрахунками вченого, одна тонна цієї речовини дасть таку кількість енергії, яку можна отримати при спалюванні 20 мільйонів тонн (!) нафти. Вартістьтакої кількості "чорного золота" за сьогоднішніми цінами становить приблизно 10 мільярдів доларів. Одна тонна гелію-3 гарантовано завантажить роботою протягом року термоядерну електростанцію потужністю 10 ГВт. При цьому сумарна потужність електростанцій України дорівнює 215 ГВт, так що виходить, що для забезпечення енергетичних потреб нашої країни потрібно всього близько 20 т гелію-3 на рік, а вся світова електроенергетика потребуватиме близько 200 тонн цієї сировини за рік роботи. Виходить, що кількох запусків транспортних космічних кораблів на рік цілком вистачило б, щоб забезпечити сировиною усі електростанції України.
А щоб покрити всі енерговитрати людства у другій половині цього століття, буде потрібно доставка з Місяця не менше 800-1000 тонн гелію-3 щорічно. Сьогодні запаси цієї сировини тільки у верхніх шарах природного супутника Землі оцінюються приблизно в 500 мільйонів тонн, таким чином, навіть з урахуванням швидкого зростання енергоспоживання, північне світило зможе забезпечувати людство теплом та енергією 15 тисяч років. А це набагато більше, ніж історія відвела нафтовій ері.
Видобуток не буде легким — одна тонна перспективного для переробки ґрунту містить лише 10 міліграм гелію-3. При цьому його належить відокремити від звичайного гелію-4, концентрація якого в 3 тисячі разів вища. Іншими словами, каже Ерік Галімов, щоб видобути 1 тонну гелію-3, потрібно переробити 100 мільйонів тонн місячного ґрунту, тобто ділянку її поверхні площею 20 квадратних кілометрів на глибину 3 метри! При цьому доставка на Землю 1 тонни легкого ізотопу гелію з Місяця коштуватиме не дешевше 100 мільйонів доларів. Проте фактично ця величезна сума становить лише 1% вартості енергії, яку можна буде витягти з привезеної сировини на термоядерній електростанції наЗемлі.
За розрахунками американського астронавта Харрісона Шмітта, який побував у 1972 році на Місяці у складі екіпажі «Аполлона-17», використання гелію-3 у земній енергетиці, враховуючи всі витрати на його видобуток та доставку, стає комерційно вигідним, коли виробництво термоядерної енергії з використанням сировини перевищить потужність 5 ГВт. Фактично це означає, що вже одна електростанція на місячному паливі зробить його видобуток та транспортування рентабельним. За оцінкою Шмітта, попередні витрати на стадії досліджень коштуватимуть приблизно 15 млрд доларів.
За словами Еріка Галімова, щоб організувати видобуток гелію-3 із місячного ґрунту, реголіт необхідно нагріти до температури 700 градусів Цельсія, після чого можна буде зріджувати та видобувати потрібний ізотоп. Технологічно всі ці процедури добре відомі та досить прості. Вчений пропонує нагрівати сировину в «сонячних печах», які за допомогою великих увігнутих дзеркал фокусуватимуть сонячне світло на реголіті. При цьому з ґрунту можуть бути виділені водень, кисень і азот, що містяться в ньому. Таким чином, місячна промисловість могла б виробляти не тільки сировину для земної енергетики, а й паливо для ракет, що його перевозять, а також воду і повітря для працюючих на цих підприємствах людей. Американці також розробляють подібні проекти. Харрісон Шмітт навіть спроектував спеціальний місячний комбайн для видобутку гелію-3 під назвою "Mark-III".
Але це не все! У реголіті дуже багато титану, що в перспективі дозволить налагодити випуск елементів промислових конструкцій і корпусів ракет прямо на Місяці. У цьому випадку із Землі доведеться доставляти лише високотехнологічні елементи ракет, прилади та комп'ютери. Це відкриває другий перспективний напрямок місячної економіки — будівництвосамого економічного космодрому, основи дослідження Сонячної системи, космосу і загроз, що загрожують Землі. Так, 2029 року поблизу Землі пролетить астероїд Апофіс діаметром до 700 метрів, а 2036 року теоретично не виключено його зіткнення з нашою планетою.
Валентин Смирнов звертає увагу на те, що якщо гелієва енергетика почне працювати, різко зміниться не тільки енергетична карта планети (країни - постачальники і споживачі енергоносіїв), але і вся світова табель про ранги. Державами першого ряду стануть країни, які мають власні технології будівництва термоядерних реакторів і мають незалежну транспортну систему для видобутку та доставки сировини на Землю. Ці два ключові аспекти зумовлюють, за словами вченого, те, що коло провідних країн буде досить вузьким, а різниця між гелієвими державами і негелієвими буде набагато більшою, ніж дистанція, що існувала на початку атомної ери, між ядерними і неядерними країнами. Це означає закріплення статусу наддержави чи центру сили (економічного, військового, політичного) на тривалий термін. «По суті ми стоїмо на самому порозі величезної технічної революції, яка займе все двадцять перше століття і назавжди переверне життя людства. Країна, яка випередить інші в освоєнні Місяця, стане лідером у світовій економіці», – каже Ерік Галімов.
Американці одними з перших усвідомили ці перспективи. Вони вийшли з проекту ІТЕР та будують власну незалежну транспортну систему на Місяць. Таким чином США мають намір вибудувати свою систему енергетичної безпеки, засновану на будівництві власних термоядерних реакторів і забезпеченні їх власною сировиною. Прихильники видобутку гелію на Місяці зайняли ключові посади у консультативній раді НАСА. Його головою єдоктор Харрісон Шмітт, а підтримку йому надає член ради професор Джералд Калсінскі. Професор розробив дослідні установки у Вісконсинському університеті на основі нового принципу утримання плазми в реакторі, на яких багато разів успішно провів синтез дейтерій-гелій-3. Як заявляє Калсінскі, всі важливі проблеми для побудови промислового гелієвого реактора усунуті, і потрібно вирішити лише інженерні проблеми. За його словами, необхідно 6-8 мільярдів доларів та 10-15 років робіт, щоб побудувати перший термоядерний реактор, що дає енергію. Співробітник лабораторії університету Вісконсіна Джон Сантаріус пише, що «гелій-3 — це майбутнє американської енергетики, адже в ньому міститься вся енергія, яка може знадобитися США наступного тисячоліття».
Незважаючи на те, що підготовка до освоєння Місяця та відпрацювання керованого синтезу за участю гелію-3 практично розпочалися, поки ні Україна ні Америка не обговорюють проблему розподілу місячної території для промислового освоєння. «Сертифікати, що поширювалися раніше, про купівлю ділянок місячної території навряд чи матимуть юридичну силу. Хто перший прилетить і вб'є кілочки, той і власник», — передбачив екс-президент РКК «Енергія» Микола Севастьянов. З огляду на те, що найперспективніші ділянки — місячні «моря», питання про поділ ділянок багатого гелієм-3 реголіту може стати дуже гострим — кілочки забити справу не довгу.