月球畅想 开发能源基地

正当人类为煤炭、石油和天然气等传统化石燃料逐渐枯竭而担忧之时，月球岩土给人们带来无限的希望：科学家们研究美国阿波罗号飞船从月球上取回的岩土发现，岩土中含有大量的氦-3，这是核聚变发电的宝贵燃料。

　　近些年来新一轮探月活动之所以越来越热闹，除了科学研究方面的强烈追求外，经济利益方面的追求是个重要因素，而大力开发利用月球上的宝贵物质氦-3作为地球上替代能源，则是经济利益追求的一个重要方面。

　　在地球上靠打能源牌实现强国梦的俄罗斯，也想把这张牌打到月球上去。俄罗斯能源火箭航天集团早就做出明确的计划，要在2015年派载人飞船到月球上建立永久性基地，并着手全力开发利用月球能源。

　　因快速发展带来能源紧缺的中国，在推动建立节约型社会、努力实现可持续发展的同时，对开发利用月球上的能源也充满了期待，中国探月工程首席科学家欧阳自远就曾多次表明十分看好开发利用月球上的能源。

　　美国科学界和舆论界对中国和俄罗斯探月活动的意向也十分敏感，在今年2月出版的美国《新闻周刊》上刊载一篇题为《新的月球竞赛》的文章，文中明确指称：在探月方面 “驱使中俄的动力就是能源”。

　　到月球上建立能源基地，为人类寻找新的替代能源，这是人类共同的理想。

　　月球传来希望

　　随着全球经济的快速发展，能源消耗的迅速增加，煤炭、石油和天然气等传统的化石能源面临着枯竭的危险，据专家们预测，传统化石燃料至多能维持到本世纪中期。

　　人类早就千方百计地从太阳能、水能、风能、生物能中寻找新的替代能源。这些能源都很重要，但专家们认为，它们都有自身的局限性。太阳能的能流密度太低，随昼夜、晴雨、季节的变化很大，难以成为大规模的工业能源，只能满足家庭以及一些特殊需要；水能增长的速度跟不上能耗增长速度，并对生态、生物链产生难以估量的影响；风能、地热能、潮汐能的资源和利用也各有局限，在未来的能源开发中作用不大；生物能倒是一种可以大规模使用的再生能源，但再生速度也难以赶不能源消耗增长的需要。

　　于是，人们把目光转向了核能，首先寄希望于以原子弹所用的裂变物质铀-235或钚-239进行裂变发电。许多发达国家的核电发展十分迅速，法国的核电能源都占了全部能源的百分之七十多。我国核电发展时间不长，核电运行机组装机容量只占全国发电装机容量的1.59%，累计发电量只占总发电量的2.3%，国家规划要加大发展力度，在今后15年间至少每年要批准建设一座大型核电站。但是，用作核裂变发电的燃料毕竟有限，核污染和核安全虽可以做到有效控制，但总是让人心里不踏实。上世纪80年代前苏联切尔诺贝利核电站事故发生后，就使不少发达国家核电事业的发展停滞了相当长一段时间，直到近几年才有所缓解。

　　目前，人们正在致力于研究开发可控核聚变发电，其中一个世界性的项目就是“国际热核反应堆”，欧盟和中国、美国、日本、韩国、俄罗斯、印度等国都先后陆续参与，已经过20多年的努力，现正进入艰巨的攻坚阶段。人们对此寄于巨大希望，将它比作“人造太阳”，称之为“21世纪的人传给后代的纪念碑”，并力争在30年到50年之间投入商业化应用。

　　以这种方式发电目前主要考虑利用从海水中提炼出来的氘和氚作燃料，这种燃料当然十分充足，可以取之不尽，用之不竭。但是，氚本身具有放射性，在氚核反应过程中，伴随核聚变能的产生而产生大量的高能中子，这对核反应装置产生严重的放射性损害，解决这一难题十分困难，因而影响了这一研究开发的进展速度，最好的燃料是氦-3，而地球上的氦-3极为稀缺，估算总量只有几吨到十几吨。

　　正当人们进行艰苦探索之际，从月球岩土样品的研究中传来喜讯：这些岩土中含有大量的氦-3。

　　氦-3成为至宝

　　氦-3是氦的同位素，含有两个质子和一个中子。与氚相比，它是一种清洁、高效、安全的核聚变发电的燃料。它聚变反应的能量大；聚变反应时主要产生高能质子，不会形成强大的中子辐射，对环境保护更为有利；它本身不仅没有放射性，而且反应过程中无缓发中子，无裂变物质，衰变余热小，维修和部件更换更容易，更易于控制，因此受到国际核聚变界的广泛重视。

　　月球上的氦-3来自太阳风。太阳风由90%的质子（氢核）、7%的高能粒子（氦核）和少量其他元素的原子核组成，氦-3正是太阳风中的高能粒子。月球上没有磁场的干扰和大气层的阻隔，太阳风粒子流能直达月球表面，被月球上的岩土所“吸附”。月球形成已经40多亿年，由于流星和微流星的频繁撞击，月球上的岩土不断翻腾、溅射，在纵向和横向上充分混合，“吸附”了氦-3的岩土也越来越厚。 在月海地区至少有9到10米厚，在月陆地区也有4到5米厚。

　　月球的直径有3476公里，表面积有3800万平方公里，虽然只有地球表面积的十四分之一，大约相当于中国陆地的四倍，但月球被专家们称为“太阳风粒子收集器”。据测算，月球上的氦-3储量大约有100万吨到500万吨，甚至有人估算有5亿吨。在地球上的大气和天然气中也有少量的氦-3，在核反应中也会产生氦-3，但整个地球上的储量与月球上的储量不可同日而语，所以它对地球人类充满了诱惑力。

　　据专家们测算，如果在10―15平方公里范围内挖掘并加工深度为3米的月球岩土，就可以提取约1吨的氦-3，足以保证一个功率1000万千瓦的发电机组工作1年。每燃烧1公斤氦-3就可产生19兆瓦的能量，足够供莫斯科市照明用6年多。用美国的航天飞机往返运输，一次可运回20吨液化氦-3，可供美国一年的电力。我国每年大约只需要10吨氦-3，就可以满足全年能源的需要。按照全球目前的能源需求水平，一年有100吨氦-3就能满足全世界的消耗，这些氦-3一年用航天飞机运输三五次就够了。按照这样的推算，月球上的氦-3可以供地球用上几千年甚至上万年。

　　专家们对在月球上采掘加工氦-3并运回地球发电进行了成本对比分析，得出的结论是在经济上完全划算，因为在发电量相同的情况下，使用月球上的氦-3，其花费只是目前核电站发电成本的10%。如果以目前的石油价格为标准，每吨氦-3价值高达40亿到100亿美元，这真是月球上的无价之宝。

　　利用氦-3设想

　　月球上的氦-3储量如此丰富，利用氦-3进行核聚变发电具有如此巨大的优势性，各国专家由此提出了许许多多的设想。

　　第一类设想是在月球上建立氦-3采掘厂，将采掘加工出来的氦-3运往地球发电。

　　人们要从地球上运送若干套掘土机、传送带、运载车、分类筛选设备等开采设备到月球，在月球上选择含氦-3较丰富的区域建立采掘加工厂。先将月球岩土开掘出来，经过粉碎筛选，放入真空加热释气炉中，加热到600℃，90%以上的氦气就释放出来了。将这些含有氦-3和氦-4的氦气送入分离设备中进行分离处理，即可得到纯度为99.99%氦-3。再将这些氦-3液化，就可以运回地球。在提取、分离和液化过程中，可以尽可能地利用月球上的太阳能和昼夜温差大等特殊的自然环境，合理降低成本。

　　在采掘加工好氦-3后，可以用与目前航天飞机大小相当的不载人运输飞船，往返地球和月球之间进行氦-3的运输，一次可运载20吨到30吨液态氦-3回地球。在地球上可建立起美国威斯康星大学设计的托卡马克氦-3核聚变反应堆进行聚变发电。当然，这种反应堆的许多技术还正在研究开发。不过，法国科学家对此充满信心，他们最近宣布，2030年就可以利用氦-3进行核聚变发电，并可实现商业化。

　　第二类设想是在月球上建立氦-3核聚变发电厂就地发电，并设法传送回地球使用。

　　为了减少氦-3运输的麻烦，降低发能源供应的成本，不少国家设想将地球上实验使用成熟的核聚变发电设备送往月球，直接在月球上建造核电站，就地利用氦-3发电。这些巨大的电力除供给月球基地使用外，绝大部分通过激光或微波输送到位于近地轨道上的能量中继卫星，由中继卫星仍以激光或微波形式传送到地球电力接收站，再由地球电力接收站分送到全球各地用户。在月球上建造核电站还不必担心核泄漏带来的污染和安全问题。

　　第三类设想是直接用氦-3，或者是采掘加工氦-3过程中产生的氢气作火箭和飞船的燃料。

　　由于月球上没有大气的影响，月球的引力也只有地球的六分之一，月球被当作将来向火星等其他星球发射探测器和飞船的理想之地。在这里不必等待发射窗口，所需要的火箭推力也只相当于在地球上发射的六分之一。将来在月球上采掘加工的氦-3可以直接用作火箭或飞船的燃料，地球上的载人飞船也可以到月球上停留加注氦-3作燃料，然后再飞向火星或其他星球。同时，月球土壤中每提取一吨氦-3，还可以得到6300吨的氢，氢也可以作火箭的燃料。

　　能源基地远眺

　　随着科学技术的发展，关于开发利用月球上的氦-3的种种设想一定会越来越丰富多彩，越来越详尽具体，越来越接近最终的实践，绝对不会是纸上谈兵或空中楼阁。而且，在月球上建立能源基地不仅仅是开发利用氦-3，月球上的太阳能也有很广阔的开发利用前景。

　　月球上的太阳能是极为丰富的，因为没有大气层的影响，太阳辐射可以长躯直入，每年到达月球范围的太阳光辐射能量高达12万亿千瓦，相当于目前地球上一年消耗的各种能源所产生的总能量的2.5万倍。采用目前非常成熟的光电转换技术，在月球上进行太阳能发电是比较容易的，而且不必担心土地的占用，在月球上可以无限制地铺设太阳能电池板。

　　许多专家对在月球上利用太阳能发电都有十分浓厚的兴趣。专家们测算，如果用光电转化率为20%的太阳能发电装置，每平方米太阳电池每小时可发电2.7千瓦时，若采用1000平方米的电池，则每小时可产生2700千瓦时的电能。这些电能同样可以通过激光或微波输送到中继卫星，再传送到地球电力接收站，直至送到全球各地用户。

　　考虑到月球上白天和黑夜都相当于14个地球日，太阳能发电厂可优先建造在太阳光照时间较长的两极地区。随着月球基地建设的发展，还可以通盘考太阳能发电厂的布局，有的建造在月球的正面，有的建造在月球的背面，形成全球性的并联式太阳能发电厂，太阳能发电厂与核电厂还可以实行联网。这样不仅可以平稳充足地供应月球基地用电，也可以平稳充足地向地球送电。

　　在可以想象的未来，由氦-3采掘加工厂、核发电厂和太阳能发电厂组成的月球能源基地，不仅可以为月球的长夜带来光明，为月球的开发利用带来强大的动力，也可以为地球的能源接替做出无可估量的贡献，为人类飞向火星等其他星球加油增力。

　　试看将来的月球，绝不仅仅是供人类欣赏的“冰轮”，而是一个可以推动整个宇宙开发利用的强有力的巨轮！

来源：人民网科技