月球上的核能如何開采

① 清潔核聚變燃料是什麼意思為何氦三會在月壤而非地球積累如何勘探開采利用月球

清潔燃料是燃燒後不產生有害物質的燃料。
在地球上，燃燒木材、煤炭、石油等都會產生二氧化碳等，會造成大氣層中二氧化碳含量上升，引發溫室效應，所以這些燃料不是清潔燃料。現在的核電站使用核裂變物質，如鈾235等，會產生核輻射，還會產生難以處理的放射性核廢料，也不是清潔燃料。
目前，人類利用的清潔能源有太陽能、水能、風能、海洋能等，但總量不大，不能滿足人類需要。
而氫核聚變比起其他燃料來說「干凈」了許多，但還是會產生中子等輻射，不算最「清潔」。而利用氦3進行核聚變，不會產生其他物質，是最清潔的燃料。按目前的世界能源需求，100噸氦3就能滿足全球的能源所需。
氦3來源於太陽上發生的熱核聚變，太陽風帶著氦3向四周擴散。月球由於沒有大氣層，氦3能夠到達月球表面，所以成為很好的氦3「收集器」，並貯存在月球的土壤中。在月球誕生的45億多年的時間里不停的收集著氦3。所以，月球表面存在著大量的氦3，估計儲量有100萬噸。
當然，月球土壤中的氦3也會逃逸到宇宙空間中去，所以月球土壤中的氦3總是保持著一定的含量。如果把月球土壤中的氦3提取出來，過一段時間，氦3又會在月球土壤中積累下來，還可以繼續提取。
而地球有磁場和大氣層，來自太陽的氦3被地球磁場偏轉和大氣層的阻擋無法到達地面，所以地球上只有極少量的氦3，無法提取利用。
要開采月球上的氦3不是一件容易的事。
第一，氦3的開采是困難的。首先要建立一個可以長期居住的、功能完善、可以基本自我維持的月球基地，然後還要派人上去長期值守，用加熱月球土壤再收集壓縮氣體的辦法開采並提煉氦3。而這些技術目前還不具備。
第二，核聚變反應的技術尚未研發成功，目前還沒有對這種安全的核燃料的需求。
第三，目前正在研發的核聚變反應堆利用的是氚氘作為聚變材料。而氘在地球上的含量非常豐富，足夠人類用到地球毀滅，按現在的能源消耗量，足夠用上百億年。用於生產氚的鋰的儲量也非常豐富。雖然這種核聚變反應堆會產生大量的核輻射，但防護措施做好也是安全的。
第四，需要的資金量太大。據估算，完成這個計劃需要2500～3000億美元，花費30～40年的時間。

② 如何在太空中建立核電站

人們已經在陸地上建造了幾百座核電站，後來又計劃在海上和海底建核電站，接著又將核反應堆搬上太空，建立起太空核電站。

早在1965年，美國就發射了一顆裝有核反應堆的人造衛星。1978年1月，前蘇聯軍用衛星「宇宙254」號也裝有核反應堆，因控制機構失靈而墜入大氣層，變成許多小碎片，散落在加拿大的西北部地區。由於碎片會污染環境，影響人體健康和生物的生存，加拿大政府就此事向前蘇聯提出抗議，並要求賠償損失。人們由這一事件開始知道，核反應堆已在超級大國的空間爭奪戰中開始發揮重要作用。

將核反應堆裝在衛星上，主要是因為它重量輕、性能可靠，而且使用壽命長、成本較低。

在人造衛星上通常都裝有各種電子設備，包括電子計算機、自動控制裝置、通信聯絡機構、電視攝像機和發送系統等，需要大量使用可靠的電能。對於用來探測火星、木星等星體的星際飛行器，配備的電子設備就更多更復雜，而且來回航程要幾年到十幾年，在此期間，還要與地球保持不斷的聯系。因此，這種太空飛行器上所用的電源，要求容量更大，性能更加可靠。

起初，人們在衛星和太空飛行器上使用燃料電池，這種電池雖然工作穩定可靠，能提供所需要的電能，但它的成本高，使用壽命較短，不能滿足長期使用的需要。後來，人們又採用太陽能電站作為衛星和太空飛行器的電源，然而，當衛星運行到地球背面或具有漫長黑夜的月球上(一個「月夜」相當於地球上的14個晝夜)，或者向遠離太陽的其他行星飛行過程中，太陽能電池就根本無法工作。此外，即使在有陽光的條件下使用太陽能電池，當需要提供大容量的電能時，僅電池的集光板就大到上千平方米，這在太空飛行中顯然是難以做到的。人們最後終於找到了比較理想的衛星和太空飛行器用的電源——空間核反應堆。

在採用核反應堆作為太空飛行器電源之前，還廣泛使用了核電池。直到現在，一些太空飛行器還廣泛採用這種核電源。核電池的使用壽命一般可達5～10年以上，電容量可達幾十至上百瓦。然而，它的電容量與太空核反應堆比起來就顯得微不足道了。太空核反應堆的電容量可達幾百瓦至幾千瓦，甚至可高達百萬瓦。這樣，對於要求電源容量越來越大的一些太空飛行器來說，就理所當然地選用核反應堆作為電源了。太空核反應堆在工作原理上與陸地上的基本一樣，只是前者由於在太空飛行中使用，要求反應堆體積小，輕便實用。

實際上，太空核反應堆不僅可用作太空飛行器和衛星的主要電源，而且還是未來用於考察和開采月球礦藏的理想電源。

③ 未來誰有權利開采月球為啥可控核聚變一定要用月球上的氦-3

太空采礦目前只是科幻小說或電影里的事情，但也有望在未來成為現實，因為這是人類走向深空的必由之路，就像現在的高速路每段都有服務區一樣，太空采礦可以成為人類探索宇宙的中繼站，我們的月球肯定會成為首要的目標。

那麼，月球上富含著哪些珍貴的資源讓人類如此嚮往呢？大量的黃金、鑽石或稀有金屬礦藏？雖然月球上確實蘊藏著許多有價值的物質，但這些稀有的礦藏還不至於讓人類去月球上開采。但有兩種物質卻引起了人們的極大興趣，那就是水和氦。

用水作為火箭燃料，或者可作為月球基地的水資源

太空旅行是非常昂貴和需要大量資源的項目。從地球發射的火箭需要一次性攜帶巨量的燃料，以擺脫地球強大的引力，然後到達目的地再返回地球。路程越遠、載重越大，需要攜帶的燃料就越多，燃料越多給火箭增加的重量就越大，這意味著又需要更多的燃料來推動火箭進入深空。

開采所有的氦不會導致月球從天上掉下來。采礦作業也不會對月球產生大的影響，即使月球失去其總質量的1%，對其軌道的影響也不大，也不會對地球海洋的潮汐產生影響，我們大可放心。

至於所有權，1967年的聯合國外層空間條約規定，任何國家都不能擁有外層空間任何天體的所有權，這主要是為了防止美國當年亂搞。然而，限制了國家，但不會阻止私人公司把月球作為他們自己的商業財產。目前並沒有相關的規定限制私人公司開采，這也是目前美國扶持私人公司的原因。

④ 月球上有哪種可以利用的資源

月球有豐富的礦藏，據介紹，月球上稀有金屬的儲藏量比地球還多。月球上的岩石主要有三種類型，第一種是富含鐵、鈦的月海玄武岩；第二種是斜長岩，富含鉀、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三種主要是由0．1～1毫米的岩屑顆粒組成的角礫岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60種左右的礦物，其中6種礦物是地球沒有的。

科學家指出，要開發月球必須對月球進行全面的探測，了解月球的資源，並逐步對資源進行開發。月球的礦產資源極為豐富，地球上最常見的17種元素，在月球上比比皆是。以鐵為例，僅月面表層5厘米厚的沙土就含有上億噸鐵，而整個月球表面平均有10米厚的沙土。月球表層的鐵不僅異常豐富，而且便於開采和冶煉。據悉，月球上的鐵主要是氧化鐵，只要把氧和鐵分開就行；此外，科學家已研究出利用月球土壤和岩石製造水泥和玻璃的辦法。在月球表層，鋁的含量也十分豐富。

月球土壤中還含有豐富的氦3，利用氘和氦3進行的氦聚變可作為核電站的能源，這種聚變不產生中子，安全無污染，是容易控制的核聚變，不僅可用於地面核電站，而且特別適合宇宙航行。據悉，月球土壤中氦3的含量估計為715000噸。從月球土壤中每提取一噸氦3，可得到6300噸氫、70噸氮和1600噸碳。從目前的分析看，由於月球的氦3蘊藏量大，對於未來能源比較緊缺的地球來說，無疑是雪中送炭。許多航天大國已將獲取氦3作為開發月球的重要目標之一。

1998年3月5日，美國航天局向全球發布了一條特大新聞：「月球勘探者」號探測器發
現月球兩極存在大量液態水，其儲量約為0．1億噸-3億噸，它們分布在月球北極近5萬平
方公里和南極近2萬平方公里的范圍內。如果月球隕石坑底部土壤水層非常深厚，那麼月
球上的水資源儲量最終有可能達到13億噸。
月球上的水資源首次被證實，這一振奮人心的消息使科學家欣喜若狂，在全世界亦產
生強烈反響，因為這一發現對於人類在下個世紀建立永久性月球基地具有里程碑式的重大
意義。
科學家們認為，月球上存在的水資源可能是人類在太陽系中擁有的最寶貴的「不動產」。
即使月球水的儲量只有3300萬噸，也足以保證2000人在月球上生活100多年，而且從月球
的土壤中提取水是一個「簡單」的過程，將混有冰的泥土收集起來加熱，使冰融化後便可
得到水。據估計，現在找到的這些冰水可以填滿一個深11米，面積10平方公里的湖泊。月
球水是生命之源，它不僅能供給宇航員飲用和生活之用，使他們在月球上的持續停留時間
更長，還可以在太空栽培農作物或喂養動物；水又是一種動力源，可以分解為氫和氧，為
行星探測飛船提供燃料，大大延長飛船的使用壽命，有了水，科學家可以方便地開發月球
上的各種自然資源，還可以把月球當作探測宇宙空間的前哨基地；水對於研究月球的成因
和性質也有相當重要的意義。
當然，開發月球上的水資源並非易事，因為月球上的冰塊並非集中在某一個冰凍層，
大量的冰同岩石，塵土混雜在一起，估計其含量僅佔0．3%—1%。此外，由於月球隕石坑
一直不見天日，坑內混度太代，需要能在月球兩極-230℃起低溫下工作的機器，但製造這
樣的機器極為困難。
盡管如此，既然月球有水，那麼人類重返月球，建立月球基地，開發月球資源的日子
將成為21世紀科技的目標。此外，月球水資源的開發和利用也將使太空旅遊由理想變成現
實。

人類在月面上進行科學探測與研究活動，開發利用月球資源，建立永久性月球基地是十分必要的。至於月球基地建設和月面活動方案，已有很多建議，由於目的不同及建議者不同，因而各種提案有著很大的差別。但只要我們從總體的構思上對這些提案進行剖析，都離不開下列幾個發展階段。

①基地建設准備階段：對地形及資源的調查；

②建設前哨基地：在月面臨時居住，向下一階段過渡的准備作業；

③建立月球生產基地：月面上長住，生產活動開始；

④發展中的月球基地：生產活動進入正常化階段；

⑤成熟的月球基地（即永久性月球基地）：建立各種產業，經濟獨立化。

月球前哨基地的建設，意味著人類已跨入月球基地建設的第二階段。應該說，這時的人類開發月球活動，還僅僅是一個開端。年輕的科學家們將奔赴月球前哨基地，到第一線去參加實際考察，希望能夠掌握更多的第一手資料，為開發月球、建設月球獻出美好的青春。年富力強的實業家們，被月球上豐富的資源所吸引，他們將開辟新的戰場，到月球上去開礦、建廠、創業，加快月球資源利用的步伐，在月球上大展宏圖。

這里必須強調的是，當大批人馬進入月球基地，轉入月球生產基地建設階段時，需要解決的問題比前哨基地建設復雜得多、困難得多。這是因為人員增多，需要就地建設住宅，再依靠著陸器上航天員住宅遠遠不能滿足要求。而月面是真空的，表面溫度從-170℃至+130℃之間發生變化，溫差極大。此外，還需經受宇宙射線和微小隕石騷擾等危險環境的考驗。為了使航天員能長期生活在這樣嚴峻的自然環境中，基地的各種建築物的結構必需具有高度的氣密性、絕熱性、抗輻射性等。科學家們為此已勾畫出月球生產基地的基本輪廓，提出了月球上工農業生產、科研的布局，供給設計師們作為建築設計的依據。

根據月岩樣品及大量有關資料的研究與分析，確定了月球優先生產的產品原則，主要是充分利用月球資源，為擴建月球基地而生產所必須的原材料，重點放在制氧、金屬冶煉、建築材料的制備等。為了實現這一目的，人們已對月球上的加工廠的生產工藝流程及制備方法進行了多方面的詳細研究。

科學家很早就開展月球表土提取氧的方法研究，他們利用阿波羅飛船取回的月球沙土進行實驗，在1000℃的高溫下，將月沙中的鈦鐵礦和氫接觸生成水，再將水通過電解提取氧。研究表明，提取1噸氧，約需70噸的月球表土。考慮到在月球上生產的特殊情況，建議在月球基地建設的同時，應考慮配備一套小型的化學處理設備，利用太陽能作動力，每天大約可制備出100千克的液氧。具體工藝流程是，利用月球岩石在高溫下與甲烷發生反應，生成一氧化碳和氫。在溫度較低的第二個反應器中，一氧化碳再與更多的氫發生反應，還原成甲烷和水。然後使水冷凝，再電解成氫和氧，把氧儲存起來供使用，而氫則送入系統中再循環使用。據預測，月球制氧設備，最初是為給月面上航天員提供氧氣之用，但他們需要的氧氣並不多，一個12人規模的基地，每月也只需要350千克氧氣。而一套制氧設備連續工作後，可生產出相當數量的氧氣，因此，在月球基地建設時，應同時建造一個永久性的液氧庫，以便供給航天器作為低溫推進劑燃料使用。

十分有意義的是，在制氧過程中經過化學處理後得到的「礦渣」，卻成了上等的副產品。這是因為它含有豐富的游離態硅和可供冶煉的金屬氧化物，只要採用適當的工業方法便可繼續冶煉，煉制出工業上極有使用價值的金屬鈦。科學家們提出的制鈦工藝流程是，將「礦渣」通過機械粉碎、磁選，提取出鐵鈦氧化物，在1273℃高溫下加氫處理，生成氧化鈦，再以硫酸置換出其中的鐵，接著和碳混合，在700℃的溫度下通入氯氣，經過化學反應後生成四氯化鈦，然後在2000℃高溫下加熱，投入鎂以便脫出氯，最終得到熔融態的鈦。

鋁的精製方法更為新穎，月面上的鋁是由稱之為斜長石的復雜結構所組成，倘若用常規精煉方法制鋁，在月面上很難獲得成功。科學家們經過反復試驗與研究，提出了一套煉鋁的新的工藝。具體做法是，將月岩粉碎，在1700℃下加熱熔化，然後在水中冷卻至100℃製成多質的球，再經粉碎，在其中加入100℃的硫酸，即可浸出鋁。用離心分離法和過濾法除去硅化物後，再將它在900℃的溫度下進行熱解反應，得到氧化鋁和硫酸鈉的混合物。隨後洗去硫酸鈉並進行乾燥，再與碳混合加熱的同時，加入氯氣與之進行反應，生成了氯化鋁，經電解，獲得最終產品——純鋁。

建築業離不開玻璃，因此在月面上生產玻璃顯得尤為重要。通常的玻璃是由71～73％的氧化硅，12～14％的碳酸鈉，12～14％的氧化鈣組成。月球土壤中含有40～50％的氧化硅，在月面上製造玻璃是以硅玻璃為主。其精製方法較為簡單，即在月球土壤中根據需要加入各種微量添加物，用硫酸溶解出一些無用的成分之後，在1500～1700℃下熔化，然後經壓延冷卻，即可製成月球玻璃。

隨著月球資源開發取得相當驚人的成果，試生產階段已告一段落，小型試生產的產品已遠遠不能滿足需求，需要進一步擴大再生產，使月球生產活動逐步走向批量化生產。與此同時，由於進入月球參加開發的人員增多，所建月球基地已顯得擁擠不堪，需要完成改建、擴建基地工程，這無疑需要大量的建築材料，尤以對混凝土的用量為最大。值得慶幸的是，製造混凝土所需的沙土、石子、水泥，都可以就地取材。混凝土結構具有成本低、易於成型、抗輻照等優點，是建設月球基地最有希望的建築材料。新型月球基地，可根據設計採用混凝土預制的艙體來建造。當然，被採用的月球混凝土構件的形式是很多的，這里介紹一種通用艙段為六稜柱形的，先用混凝土製成框架和壁板，然後裝配成形。這種形式的艙體的最大優點是非常靈活，由於它是六角形體，通過各個面既可向平行方向輻射擴展，亦可向垂直方向（向上）擴展，牆壁、天花板、地板，隨時都可拆卸，也可根據需要再組合拼接，擴建基地，調整空間。最後將套在它裡面的圓筒式的增壓艙體連接起來，便構成了一個組裝式的月球基地。

人們到月球上建設基地，除了開發資源發展生產外，最終目標還是想把月球擴建成移民區，讓更多的人到月球上觀光、游覽，或者帶著全家老小移居到月球上，做一名月球人。這樣一來，其建設規模更加龐大，需要的建築材料更多，並要求尋找一種更為簡便的施工方法。一些科學家提出，在南極洲應用的一種稱為「挖掘—裝填」的建造技術，也完全適用於月球。推土機將在月球表面的松軟岩層或「浮土」中挖出一條壕溝，再把一節節的圓筒式增壓艙裝入溝中，連接緊固後，在它上面覆蓋很厚的一層月球岩土，即可耐熱、絕熱、保溫，又可防止輻照。科學家們已設計出一個月面研究實驗基地，主要任務是進行月面上的天文觀測、地貌地質調查、礦產資源勘查等。其設計規模可容納60名航天員，能提供居住6個月以上的能源及生活必需品。

月面研究實驗基地，以球形艙和圓筒形艙構成環狀體，分為工作區和生活區兩大部分。工作區由研究實驗艙、工業生產艙、農作物種植艙、生態環境生命保障艙、管理艙、能源艙、物資供給艙、航天港等組成。其中農作物種植艙除生產農作物外，還飼養雞、羊、兔、魚等動物，培植藻類、蕨類植物，以及水果蔬菜等。生態環境生命保障艙內配備有氣體凈化處理、水處理、排泄物處理設施。而能源艙主要是太陽能發電設備，在艙外平地上安放了大面積的太陽能電池陣。航天港離研究實驗基地稍遠一些，它是用來接待和發射月球飛船的場所。進入生活區，則是另一番天地，這里環境優美，人生活在裡面感到安逸、快樂，能洗去一天的工作疲勞。生活區內有公共場所、住宅以及生活配套設施。公共場所供航天員之間交流情感、談天說地、互換信息、餐飲、聚會、娛樂等，航天員在柔美的樂曲聲中翩翩起舞，或在影像畫面中開懷暢飲，得到足夠的休息。天花板和牆整體漆成白色，使人感到明快、舒適。個人住宅，為航天員個人睡眠、看書報和娛樂的空間，以藍色和綠色這些冷色為基調，使內部裝飾得較為柔和，照明布置使空間富有立體感，生活在這樣的環境里，感到很幽靜，容易入睡。生活配套設施有健身房、醫療保健所等。

究竟要建成什麼樣的月球基地，這是眾多人關心的問題。一些能源科學家建議，月球上蘊藏著大量的硅、鐵、鋁、鈦、鈣、氧等元素，而這些元素地球上的已足夠供人類使用，開采它們還算不上當務之急。只有氦在地球上是絕無僅有的，尤其是氦-3，它是地球上沒有的能源，儲量相當豐富，是未來核聚變反應堆的理想燃料，因此，應優先開發建立月球能源基地。另一些能源專家則指出，還應重點建設月球太陽能發電基地。其實二者並不矛盾，這足以說明解決地球未來能源短缺問題已迫在眉睫。

由於月球和地球有著類似的地質特徵，都蘊藏著豐富的核資源和建設核電站所需的原材料，因此，很適合在月球上建造核電站。在地球進行核發電時要使用渦輪和水，而在月球上，通過採用熱離子和溫差發電機等高效復合能量轉換系統，便可直接將核能轉變為電能。設想中的月球核能源基地，將包括核燃料供應廠、核發電設施和輸電設施。月球上的電力，通過高傳輸效率的短波長激光束，也就是紫外線區的激光，輸送到靜止軌道上的能量中繼衛星，在中繼衛星上，電能被轉換成在空氣中具有高傳輸效率波長的激光，然後再傳送到位於地球上的接收站。由接收站再將能量分配到各個區去供用戶使用。

月球核能源基地，通常建造在月球的兩極地區，因為極地是向地球進行能源傳輸的最佳場地。月球核能源基地一旦建成，轉入穩定運行後，將全部由機器人操作控制、維護與修理，絕對不會對人類造成污染威脅。為了建立月球核能源基地，有許多工程技術問題，有待人們盡快研究解決，例如超高效能量轉換系統、空間用核反應堆、空間機器人、大功率輸出的高效激光生成設備、接收設備、激光傳輸的安全技術等。

正如前面所述，月球上氦-3不僅儲量多，而且是一種潔凈的核能源，這對於凈化地球環境十分有利，對人類來說頗具吸引力。如果將它從月球上開采出來運至地球，供人類享用，無疑使人類獲益匪淺。據預測，從月球的礦石中提取的氦-3，足以滿足整個地球400年能源的需要。經測算，建設一個500兆瓦的氘-氦-3核聚變電站，每年約需50千克的氦-3，也就是說，每年只要在月面上挖一個面積1.5平方千米，深3米的坑。而且它不含放射性物質並能產生更多的能量，用氦-3為原料，核反應堆成本將降低一半。僅開發氦-3月球資源這一點，人們就足以理解重返月球的深遠社會與經濟意義了。

總之，月球基地將成為人類生存延伸到地球以外星球的開端，是人類空間的第一移民區，並且也是人類向太陽系其它行星進軍的中轉站。月球基地的建設是一場新的技術革命，必將對世界的文化、經濟、社會、科技等各個領域產生重大和深遠的影響。

⑤ 月球能源的開發設想是什麼

在地球上，由於人口越來越多，能源危機也日益嚴重。因此，有人提出了把月球建成能源基地的設想。這種能源基地不但能為人類的月球基地提供動力，還可以為地球人謀福利。

20世紀80年代初，曾有一批美國科學家提出了一個月球采礦方案。他們建議先把重約60噸的自動化機械設備送上月球，其中包括一台小型電磁采礦設備，一台能從月球上開采出來的礦石中加工提煉出硅的設備，一台能把硅製造、裝配成太陽能電池的設備，還有一台能生產更多上述自動化設備的「母機」。這台「母機」可以利用太陽能電池提供的能源和采礦機械提供的原料，製造出第二代、第三代采礦機械和太陽能電池，擴大再生產。據他們估算，實現這一計劃約需要50億美元，是「阿波羅」登月計劃的1／5。

開發月球的設想在利用月球能源的問題上，科學家們一致認為，未來月球探測與研究將重點朝向4個目標：①月球能源的全球分布與利用方案研究；②月球礦產資源的全球分布和利用方案研究；③月球特殊空間環境資源(超高真空、無大氣活動、無磁場、地質構造穩定、弱重力、無污染)的開發利用；④建立月球基地的優選位置、建設方案與實施研究。

科學家們還認為，世界各國應該聯合起來，在最近二三十年內聯合建立永久性月球基地，開發和利用月球，為人類的可持續發展服務。

月球是人類共同的財富，探索宇宙是人類共同的願望，它將為全人類帶來幸福。正如第二個登上月球的美國航天員奧爾德林所說：「對於那些在悠悠轉動的地球上仰望夜空的人，月亮都勻灑銀光，絕不厚此薄彼。因此，我們希望，太空探索的成果也將由大家分享，從而給整個人類帶來和諧的影響。」

開發月球太陽能資源射向地球的太陽能，約有1／3被地球的大氣反射到太空中，剩下不到2／3還要遭受地球大氣的散射和吸收等，能夠到達地球表面的只是一小部分；月球則不同，表面沒有大氣，太陽輻射可以長驅直入，每年到達月球范圍內的太陽光輻射能量，大約為12萬億千瓦。

科學家設想在月球上建立一個極其巨大的太陽能光伏電池陣，由它來聚集大量的陽光發電，然後將產生的電能以微波形式傳輸到地球上。為了解決微波束發散角比較大，地面的接收天線難以接收的問題，可以使用微波激射技術(微波激射又稱脈沖，它的波束不發散)。

月球上的一個白天和黑天各持續時間約為地球上的2個星期。為了持續供電，可以在月球上每隔經度120度各建一個太陽能電站，或者在月球的正面和背面各建一個太陽能電站，然後聯結成網，就可以保證整個電網連續、穩定地發電。

硅是製造太陽能電池陣的主要材料，月球上硅儲量豐富，又具超真空、低重力的環境，能生產出高質量的硅光伏電池。

月球太陽能電站建設需要的其他材料，如鋁、鈦、鐵、鎢、銅等，都能從月球上提取，但加工生產裝置需要從地球送到月球。

開采氦-3

什麼是氦

我們先簡單地了解一下：在地球自然界，存在著3氦(氦-3)和4氦(氦-4)兩種同位素。4氦的原子核有2個質子和2個中子，稱為玻色子；而3氦只有1個中子，稱為費米子。20世紀30年代末期，卡皮查發現4氦的超流動性。朗道從理論上解釋了這種現象，他認為當溫度在絕對溫度2.17開時，4氦原子發生玻色愛因斯坦凝聚，成為超流體，而像3氦這樣的費米子即使在最低能量下也不能發生凝聚，所以不可能發生超流動現象。金屬的超導理論(BcS理論)的提出，使得人們認為在極低溫度下3氦也可能會形成超流體。但是人們一直未能在實驗上發現3氦的超流動性。20世紀70年代，戴維·李領導的康奈爾低溫小組首次發現了3氦的超流動性，不久，其他的研究小組也證實了他們的發現。

3氦超流體的發現在天體物理學上有著奇特的應用。人們使用相變產生的3氦超流體來驗證關於在宇宙中如何形成所謂宇宙弦的理論。研究小組用中微子引起的核反應局部快速加熱超流體3氦，當它們重新冷卻後，會形成一些渦旋球。這些渦旋球就相當於宇宙弦。這個結果雖然不能作為宇宙弦存在的證據，但是可以認為是對3氦液體渦旋形成的理論的驗證。3氦超流體的發現不僅對凝聚態物理的研究起了推動作用，而且在此發現過程中所使用的磁共振的方法，開創了用磁共振技術進行斷層檢驗的先河，今天磁共振斷層檢驗已發展成為醫療診斷的普遍手段。

氦-3神奇在哪裡

氦-3是氦的同位素。含有2個質子和1個中子。它有著許多特殊的特性。當氦-3和氦-4以一定的比例相混合後，通過稀釋製冷理論，溫度可以降低到接近絕對零度。在溫度達到2.18開以下的時候，液體狀態的氦-3還出現「超流」現象，即沒有黏滯性，它甚至可以從盛放的杯子中「爬」出去。然而，當前氦-3最被人重視的原因還是它作為能源的潛力。氦-3可以和氫的同位素氘發生核聚變反應，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，而且反應過程易於控制，既環保又安全。

開發利用氦-3

開發利用月球土壤中的氦-3，將是解決人類能源危機的極具潛力的途徑之一。

從20世紀90年代開始，人類掀起了新一輪的探月高潮，在這次探月高潮中，氦-3成為世人共同的目標。但是，月球氦-3的形成和分布特徵、儲量和應用，仍是月球科學研究中亟待解決的問題，只有通過大量的探測和重返月球野外實地考察，才能獲得較為滿意的回答。

1.氦-3的形成機理

月球表面的土壤是由岩石碎屑、粉末、角礫岩、玻璃珠組成的，其結構鬆散且相當軟。月海區的土壤一般厚4～5米，高地的土壤較厚，但也不超過10米。月球土壤的粒度變化范圍很寬，大的幾厘米，小的只有一毫米或微米級，這些細土一般稱為月塵。月球土壤中細小的角礫岩及玻璃珠，約佔70％，小顆粒狀玄武岩及輝長岩約佔13％。惰性氣體在月球玄武岩和高地角礫岩中含量極低，大氣中就更低，幾乎為零。然而，月壤和角礫岩中氫氣元素則相當豐富。這是由於太陽風的注入，太陽風實際上是太陽不斷向外噴射出的穩定的粒子流。1965年「維那3」號火箭對太陽風的化學組成進行了直接測定，結果顯示，太陽風粒子主要是由氫離子組成的，其次是氦離子。由於外來物體對月球表面撞擊，使月壤物質混雜，在探達數十米的范圍內存在著這氫氣元素。太陽離子注入物體表面的深度，通常小於0.2微米。因此，這些元素在月壤最細顆粒中含量最高，大部分注入氣體的粒子堆積粘合成月壤角礫岩或黎聚在玻璃珠的內部。氦大部分集中在小於50微米的富含鈦鐵礦的月壤中。

2.氦-3的利用前景

月球上的氦-3所能產生的電能，相當於1985年美國發電量的4萬倍，考慮到月壤的開采、排氣、同位素分離和運回地球的成本，氦-3的能源償還比估計可達1∶250。這個償還比和鈾—235生產核燃料(1∶20)及地球上煤礦開采(償還比約1∶16)相比，是相當有利的。

此外，從月壤中提取1噸氦-3，還可以得到約6300噸的氫、70噸的氮和1600噸碳。這些副產品對維持月球永久基地來說，也是必需的。俄羅斯科學家加利莫夫認為，每年人類只需發射2～3艘載重10噸的宇宙飛船，即可從月球上運回大量氦-3，供全人類作為替代能源使用1年，而它的運輸費用只相當於目前核能發電的幾十分之一。據加利莫夫介紹，如果人類目前就開始著手實施從月球開采氦-3的計劃，大約三四十年後，人類就能實現月球氦-3的實地開采並將其運回地面，該計劃總的費用將在2500萬～3000萬美元。

有人提出，可不可以不將氦-3運回地球，而是直接在月球上建立核能源基地，通過電能傳輸到靜止軌道上的中斷衛星，再傳送到位於地球的接收站，然後分配到各個地區，供用戶使用呢?科學家們預測，在月球上建立核電站並保持其正常工作，難度要比從月球上運回原料氦-3在地球上發電大得多。

「嫦娥1」號衛星搭載的探月儀器探測月球土壤厚度與元素含量是該探測衛星工作的重要內容。氦-3作為最有潛力的新能源，也是我國探衛星獲取其資源信息的重要內容。

開發月球礦物寶藏

科學家們已經提出了多種月球基地的采礦方案，包括借鑒地球采礦技術和采礦設備，計算機控制的遙控操作采礦系統等。月球采礦將分階段實現：第一階段首先進行勘探和采礦的試驗性研究；第二階段建設采礦所需的基礎設施，例如從地球上將勘探、施工和采礦設備部件運送到月球基地上進行裝配，建設采礦場，並開展小規模作業：在第三階段將擴大采礦作業；第四階段將建成先進的月球采礦基地，采礦人員將在控制室中遙控機器人進行較大規模的開采。

目前，美國在研討未來月球冶金工業的建設方案。估計到2025年左右，月球上就會出現第一批冶金廠。生產各種金屬製件和液氧，供建設月球基地、太陽能電站、空間站以及其他航天器的需要。

月球采礦將是個高度自動化的過程，平時無人值守，隔一段時間，航天員對開采設備進行一次檢查和維護。月球上的開采設備與地球上的開采設備有許多不同，它們大都是遙控開采機器人，以電力驅動，能承受惡劣的月球環境，採用模塊化設計，以便於更換部件和維修。開采機器人能夠「一專多能」，除完成「本職工作」外，還能承擔一些通用性的任務，如起重、拖運等。由於月球重力加速度只有地球的1／6，與地球質量相同的物體在月面要輕得多，因此月面運輸的能耗很低。對於開采量較大的作業，需要使用可移動的處理設備如移動處理廠等，避免大量的原料運輸，以提高開采效率。

⑥ 如何利用月球的資源

月球有豐富的礦藏，據介紹，月球上稀有金屬的儲藏量比地球還多。月球上的岩石主要有三種類型，第一種是富含鐵、鈦的月海玄武岩；第二種是斜長岩，富含鉀、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三種主要是由0．1～1毫米的岩屑顆粒組成的角礫岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60種左右的礦物，其中6種礦物是地球沒有的。
科學家指出，要開發月球必須對月球進行全面的探測，了解月球的資源，並逐步對資源進行開發。月球的礦產資源極為豐富，地球上最常見的17種元素，在月球上比比皆是。以鐵為例，僅月面表層5厘米厚的沙土就含有上億噸鐵，而整個月球表面平均有10米厚的沙土。月球表層的鐵不僅異常豐富，而且便於開采和冶煉。據悉，月球上的鐵主要是氧化鐵，只要把氧和鐵分開就行；此外，科學家已研究出利用月球土壤和岩石製造水泥和玻璃的辦法。在月球表層，鋁的含量也十分豐富。

月球土壤中還含有豐富的氦3，利用氘和氦3進行的氦聚變可作為核電站的能源，這種聚變不產生中子，安全無污染，是容易控制的核聚變，不僅可用於地面核電站，而且特別適合宇宙航行。據悉，月球土壤中氦3的含量估計為715000噸。從月球土壤中每提取一噸氦3，可得到6300噸氫、70噸氮和1600噸碳。從目前的分析看，由於月球的氦3蘊藏量大，對於未來能源比較緊缺的地球來說，無疑是雪中送炭。許多航天大國已將獲取氦3作為開發月球的重要目標之一。

1998年3月5日，美國航天局向全球發布了一條特大新聞：「月球勘探者」號探測器發

現月球兩極存在大量液態水，其儲量約為0．1億噸-3億噸，它們分布在月球北極近5萬平

方公里和南極近2萬平方公里的范圍內。如果月球隕石坑底部土壤水層非常深厚，那麼月

球上的水資源儲量最終有可能達到13億噸。

月球上的水資源首次被證實，這一振奮人心的消息使科學家欣喜若狂，在全世界亦產

生強烈反響，因為這一發現對於人類在下個世紀建立永久性月球基地具有里程碑式的重大

意義。

科學家們認為，月球上存在的水資源可能是人類在太陽系中擁有的最寶貴的「不動產」。

即使月球水的儲量只有3300萬噸，也足以保證2000人在月球上生活100多年，而且從月球

的土壤中提取水是一個「簡單」的過程，將混有冰的泥土收集起來加熱，使冰融化後便可

得到水。據估計，現在找到的這些冰水可以填滿一個深11米，面積10平方公里的湖泊。月

球水是生命之源，它不僅能供給宇航員飲用和生活之用，使他們在月球上的持續停留時間

更長，還可以在太空栽培農作物或喂養動物；水又是一種動力源，可以分解為氫和氧，為

行星探測飛船提供燃料，大大延長飛船的使用壽命，有了水，科學家可以方便地開發月球

上的各種自然資源，還可以把月球當作探測宇宙空間的前哨基地；水對於研究月球的成因

和性質也有相當重要的意義。

當然，開發月球上的水資源並非易事，因為月球上的冰塊並非集中在某一個冰凍層，

大量的冰同岩石，塵土混雜在一起，估計其含量僅佔0．3%—1%。此外，由於月球隕石坑

一直不見天日，坑內混度太代，需要能在月球兩極-230℃起低溫下工作的機器，但製造這

樣的機器極為困難。

盡管如此，既然月球有水，那麼人類重返月球，建立月球基地，開發月球資源的日子

將成為21世紀科技的目標。此外，月球水資源的開發和利用也將使太空旅遊由理想變成現實。
人類在月面上進行科學探測與研究活動，開發利用月球資源，建立永久性月球基地是十分必要的。至於月球基地建設和月面活動方案，已有很多建議，由於目的不同及建議者不同，因而各種提案有著很大的差別。但只要我們從總體的構思上對這些提案進行剖析，都離不開下列幾個發展階段。

①基地建設准備階段：對地形及資源的調查；

②建設前哨基地：在月面臨時居住，向下一階段過渡的准備作業；

③建立月球生產基地：月面上長住，生產活動開始；

④發展中的月球基地：生產活動進入正常化階段；

⑤成熟的月球基地（即永久性月球基地）：建立各種產業，經濟獨立化。

月球前哨基地的建設，意味著人類已跨入月球基地建設的第二階段。應該說，這時的人類開發月球活動，還僅僅是一個開端。年輕的科學家們將奔赴月球前哨基地，到第一線去參加實際考察，希望能夠掌握更多的第一手資料，為開發月球、建設月球獻出美好的青春。年富力強的實業家們，被月球上豐富的資源所吸引，他們將開辟新的戰場，到月球上去開礦、建廠、創業，加快月球資源利用的步伐，在月球上大展宏圖。

這里必須強調的是，當大批人馬進入月球基地，轉入月球生產基地建設階段時，需要解決的問題比前哨基地建設復雜得多、困難得多。這是因為人員增多，需要就地建設住宅，再依靠著陸器上航天員住宅遠遠不能滿足要求。而月面是真空的，表面溫度從-170℃至+130℃之間發生變化，溫差極大。此外，還需經受宇宙射線和微小隕石騷擾等危險環境的考驗。為了使航天員能長期生活在這樣嚴峻的自然環境中，基地的各種建築物的結構必需具有高度的氣密性、絕熱性、抗輻射性等。科學家們為此已勾畫出月球生產基地的基本輪廓，提出了月球上工農業生產、科研的布局，供給設計師們作為建築設計的依據。

根據月岩樣品及大量有關資料的研究與分析，確定了月球優先生產的產品原則，主要是充分利用月球資源，為擴建月球基地而生產所必須的原材料，重點放在制氧、金屬冶煉、建築材料的制備等。為了實現這一目的，人們已對月球上的加工廠的生產工藝流程及制備方法進行了多方面的詳細研究。

科學家很早就開展月球表土提取氧的方法研究，他們利用阿波羅飛船取回的月球沙土進行實驗，在1000℃的高溫下，將月沙中的鈦鐵礦和氫接觸生成水，再將水通過電解提取氧。研究表明，提取1噸氧，約需70噸的月球表土。考慮到在月球上生產的特殊情況，建議在月球基地建設的同時，應考慮配備一套小型的化學處理設備，利用太陽能作動力，每天大約可制備出100千克的液氧。具體工藝流程是，利用月球岩石在高溫下與甲烷發生反應，生成一氧化碳和氫。在溫度較低的第二個反應器中，一氧化碳再與更多的氫發生反應，還原成甲烷和水。然後使水冷凝，再電解成氫和氧，把氧儲存起來供使用，而氫則送入系統中再循環使用。據預測，月球制氧設備，最初是為給月面上航天員提供氧氣之用，但他們需要的氧氣並不多，一個12人規模的基地，每月也只需要350千克氧氣。而一套制氧設備連續工作後，可生產出相當數量的氧氣，因此，在月球基地建設時，應同時建造一個永久性的液氧庫，以便供給航天器作為低溫推進劑燃料使用。

十分有意義的是，在制氧過程中經過化學處理後得到的「礦渣」，卻成了上等的副產品。這是因為它含有豐富的游離態硅和可供冶煉的金屬氧化物，只要採用適當的工業方法便可繼續冶煉，煉制出工業上極有使用價值的金屬鈦。科學家們提出的制鈦工藝流程是，將「礦渣」通過機械粉碎、磁選，提取出鐵鈦氧化物，在1273℃高溫下加氫處理，生成氧化鈦，再以硫酸置換出其中的鐵，接著和碳混合，在700℃的溫度下通入氯氣，經過化學反應後生成四氯化鈦，然後在2000℃高溫下加熱，投入鎂以便脫出氯，最終得到熔融態的鈦。

鋁的精製方法更為新穎，月面上的鋁是由稱之為斜長石的復雜結構所組成，倘若用常規精煉方法制鋁，在月面上很難獲得成功。科學家們經過反復試驗與研究，提出了一套煉鋁的新的工藝。具體做法是，將月岩粉碎，在1700℃下加熱熔化，然後在水中冷卻至100℃製成多質的球，再經粉碎，在其中加入100℃的硫酸，即可浸出鋁。用離心分離法和過濾法除去硅化物後，再將它在900℃的溫度下進行熱解反應，得到氧化鋁和硫酸鈉的混合物。隨後洗去硫酸鈉並進行乾燥，再與碳混合加熱的同時，加入氯氣與之進行反應，生成了氯化鋁，經電解，獲得最終產品——純鋁。

建築業離不開玻璃，因此在月面上生產玻璃顯得尤為重要。通常的玻璃是由71～73％的氧化硅，12～14％的碳酸鈉，12～14％的氧化鈣組成。月球土壤中含有40～50％的氧化硅，在月面上製造玻璃是以硅玻璃為主。其精製方法較為簡單，即在月球土壤中根據需要加入各種微量添加物，用硫酸溶解出一些無用的成分之後，在1500～1700℃下熔化，然後經壓延冷卻，即可製成月球玻璃。

隨著月球資源開發取得相當驚人的成果，試生產階段已告一段落，小型試生產的產品已遠遠不能滿足需求，需要進一步擴大再生產，使月球生產活動逐步走向批量化生產。與此同時，由於進入月球參加開發的人員增多，所建月球基地已顯得擁擠不堪，需要完成改建、擴建基地工程，這無疑需要大量的建築材料，尤以對混凝土的用量為最大。值得慶幸的是，製造混凝土所需的沙土、石子、水泥，都可以就地取材。混凝土結構具有成本低、易於成型、抗輻照等優點，是建設月球基地最有希望的建築材料。新型月球基地，可根據設計採用混凝土預制的艙體來建造。當然，被採用的月球混凝土構件的形式是很多的，這里介紹一種通用艙段為六稜柱形的，先用混凝土製成框架和壁板，然後裝配成形。這種形式的艙體的最大優點是非常靈活，由於它是六角形體，通過各個面既可向平行方向輻射擴展，亦可向垂直方向（向上）擴展，牆壁、天花板、地板，隨時都可拆卸，也可根據需要再組合拼接，擴建基地，調整空間。最後將套在它裡面的圓筒式的增壓艙體連接起來，便構成了一個組裝式的月球基地。

人們到月球上建設基地，除了開發資源發展生產外，最終目標還是想把月球擴建成移民區，讓更多的人到月球上觀光、游覽，或者帶著全家老小移居到月球上，做一名月球人。這樣一來，其建設規模更加龐大，需要的建築材料更多，並要求尋找一種更為簡便的施工方法。一些科學家提出，在南極洲應用的一種稱為「挖掘—裝填」的建造技術，也完全適用於月球。推土機將在月球表面的松軟岩層或「浮土」中挖出一條壕溝，再把一節節的圓筒式增壓艙裝入溝中，連接緊固後，在它上面覆蓋很厚的一層月球岩土，即可耐熱、絕熱、保溫，又可防止輻照。科學家們已設計出一個月面研究實驗基地，主要任務是進行月面上的天文觀測、地貌地質調查、礦產資源勘查等。其設計規模可容納60名航天員，能提供居住6個月以上的能源及生活必需品。

月面研究實驗基地，以球形艙和圓筒形艙構成環狀體，分為工作區和生活區兩大部分。工作區由研究實驗艙、工業生產艙、農作物種植艙、生態環境生命保障艙、管理艙、能源艙、物資供給艙、航天港等組成。其中農作物種植艙除生產農作物外，還飼養雞、羊、兔、魚等動物，培植藻類、蕨類植物，以及水果蔬菜等。生態環境生命保障艙內配備有氣體凈化處理、水處理、排泄物處理設施。而能源艙主要是太陽能發電設備，在艙外平地上安放了大面積的太陽能電池陣。航天港離研究實驗基地稍遠一些，它是用來接待和發射月球飛船的場所。進入生活區，則是另一番天地，這里環境優美，人生活在裡面感到安逸、快樂，能洗去一天的工作疲勞。生活區內有公共場所、住宅以及生活配套設施。公共場所供航天員之間交流情感、談天說地、互換信息、餐飲、聚會、娛樂等，航天員在柔美的樂曲聲中翩翩起舞，或在影像畫面中開懷暢飲，得到足夠的休息。天花板和牆整體漆成白色，使人感到明快、舒適。個人住宅，為航天員個人睡眠、看書報和娛樂的空間，以藍色和綠色這些冷色為基調，使內部裝飾得較為柔和，照明布置使空間富有立體感，生活在這樣的環境里，感到很幽靜，容易入睡。生活配套設施有健身房、醫療保健所等。

究竟要建成什麼樣的月球基地，這是眾多人關心的問題。一些能源科學家建議，月球上蘊藏著大量的硅、鐵、鋁、鈦、鈣、氧等元素，而這些元素地球上的已足夠供人類使用，開采它們還算不上當務之急。只有氦在地球上是絕無僅有的，尤其是氦-3，它是地球上沒有的能源，儲量相當豐富，是未來核聚變反應堆的理想燃料，因此，應優先開發建立月球能源基地。另一些能源專家則指出，還應重點建設月球太陽能發電基地。其實二者並不矛盾，這足以說明解決地球未來能源短缺問題已迫在眉睫。

由於月球和地球有著類似的地質特徵，都蘊藏著豐富的核資源和建設核電站所需的原材料，因此，很適合在月球上建造核電站。在地球進行核發電時要使用渦輪和水，而在月球上，通過採用熱離子和溫差發電機等高效復合能量轉換系統，便可直接將核能轉變為電能。設想中的月球核能源基地，將包括核燃料供應廠、核發電設施和輸電設施。月球上的電力，通過高傳輸效率的短波長激光束，也就是紫外線區的激光，輸送到靜止軌道上的能量中繼衛星，在中繼衛星上，電能被轉換成在空氣中具有高傳輸效率波長的激光，然後再傳送到位於地球上的接收站。由接收站再將能量分配到各個區去供用戶使用。

月球核能源基地，通常建造在月球的兩極地區，因為極地是向地球進行能源傳輸的最佳場地。月球核能源基地一旦建成，轉入穩定運行後，將全部由機器人操作控制、維護與修理，絕對不會對人類造成污染威脅。為了建立月球核能源基地，有許多工程技術問題，有待人們盡快研究解決，例如超高效能量轉換系統、空間用核反應堆、空間機器人、大功率輸出的高效激光生成設備、接收設備、激光傳輸的安全技術等。

正如前面所述，月球上氦-3不僅儲量多，而且是一種潔凈的核能源，這對於凈化地球環境十分有利，對人類來說頗具吸引力。如果將它從月球上開采出來運至地球，供人類享用，無疑使人類獲益匪淺。據預測，從月球的礦石中提取的氦-3，足以滿足整個地球400年能源的需要。經測算，建設一個500兆瓦的氘-氦-3核聚變電站，每年約需50千克的氦-3，也就是說，每年只要在月面上挖一個面積1.5平方千米，深3米的坑。而且它不含放射性物質並能產生更多的能量，用氦-3為原料，核反應堆成本將降低一半。僅開發氦-3月球資源這一點，人們就足以理解重返月球的深遠社會與經濟意義了。

總之，月球基地將成為人類生存延伸到地球以外星球的開端，是人類空間的第一移民區，並且也是人類向太陽系其它行星進軍的中轉站。月球基地的建設是一場新的技術革命，必將對世界的文化、經濟、社會、科技等各個領域產生重大和深遠的影響。

⑦ 月球上面有可供人類賴以維持的燃料，為什麼不去開采呢

氦-3主要通過核聚變發電。征服受控核聚變將在很長一段時間內解決人類能源危機問題，它將是人類從石油文明向核能文明過渡的標志，是人類文明的重大突破。

目前受控核聚變在國際上處於公關狀態，但進展並不快。它在實驗中只能在短時間內抑制超高溫等離子體，還有太多的難題需要世界各國合作解決。一些科學家預測，受控核聚變可能進入商業運行，這將使人類廣泛受益。

太空運輸成本極高。據說太空梭將1公斤材料運送到空間站將花費22，000美元。空間站距離地球表面只有400公里，而距離月球則有38萬公里。

而且登月的難度根本不能用距離疊加來計算，就算運回去一公斤月球土，也要付出很高的代價。因此，開采氦-3並將其運回地球仍然是一個不切實際的夢想。

美國已經開始實施載人登月重返計劃，該計劃包括建立一個永久性的月球基地。開始用機器人建造和建造必要的生活設施，然後派人留在那裡，逐漸形成永久基地的生態循環能力，然後開始一些生產活動。

⑧ 月亮上的核能新秀是什麼

一、月球氦能的概念

氦（He）是拉丁語Helium一詞的詞頭，氦本意即為「太陽元素」。1868年，由法國天文學家詹遜在觀測日食的時候，在日冕光譜中所發現。這種稀有氣體充斥在宇宙空間大氣層中。它無色無味，在空氣中大約占整個體積的0.0005%，密度只有空氣的1/7.2，是除了氫以外密度最小的氣體。現時已知的氦同位素有八種，包括3He、4He、5He、6He、8He等，但只有3He和4He是穩定的，其餘的均帶有放射性。在自然界中，氦同位素中以4He占最多，多是從其他放射性物質的α衰變放出α粒子（4He原子核）而來。3He的含量在地球上極少，而在月球上儲量巨大。

目前，地球上核電站所採用的核裂變生產方式危險性很大。如果用核聚變反應來生產能源，不僅單位產量是裂變能的幾百倍，而且產生的放射性危險只有裂變過程的萬分之一。人類社會進入20世紀90年代之後，科學家利用氫的同位素氘和氚進行控制性核聚變反應，取得突破性的進展。作為這種受控熱核反應重要元素的氚，在自然界中並不存在，需要從核反應中獲取。因此，科學家提出一個以氦的同位素3He代替氚的新設想。3He含有兩個質子和一個中子，在熱核聚變反應過程中，3He同具有一個中子和一個質子的氘發生熱核聚變，產生的中子很少，可以大大降低熱核聚變反應堆的放射性危害。這樣，受控熱核反應裝置既不存在放射性，又可以比用氚反應的體積小、結構簡單、造價也低，既可用於地面核電站，而且特別適合宇宙航行。因此，3He被認為是21世紀人類社會的完美燃料。

地球上的3He十分稀缺。在整個地球大氣中，氦只佔0.0005%；而3He又只佔這些氦中的0.00014%，其餘的99.99986%都是4He，即使把地球大氣中的3He全部分離出來，也只有4000t。而在月球上的情況卻大不相同，月球表面覆蓋著的一層由岩屑、粉塵、角礫岩和沖擊玻璃組成的細小顆粒狀物質。這層月壤富含由太陽風粒子積累所形成的氣體，如氫、氦、氖、氬、氮等。這些氣體在加熱到700℃時，就可以全部釋放出來。其中，3He在月壤中的資源總量可以達到（100～500）×104t。另據計算，從月壤中每提煉出1t的3He，還可以獲得約6300t氫氣、700t氮氣和1600t含碳氣體（CO、CO2）。所以，通過採取一定的技術措施來獲得這些氣體，對於人類得到新的能源和維持永久性月球基地是十分必要的（圖5-5）。

圖5-5月球能源基地想像圖

二、月氦的成因及分布

月球上的3He全部來自太陽。太陽不斷向外噴射出穩定的粒子流，稱為「太陽風」，其速度達到100～200km/s。太陽風粒子流在經過地球附近時，由於受到地球磁場的排斥和大氣層的阻擋而發生偏轉，只有極少量的粒子能到達地球。月球既無磁場，又無大氣，太陽風粒子能自由地抵達月球表面，在月球表面土壤上形成覆蓋層。月球表面經過億萬年流星和微流星的撞擊，表層的土壤得以混合摻雜，以致整個月球表面都不同程度地「沾染」上太陽風的粒子。太陽風由90%的質子（氫核），7%的α粒子（氦核）和少量其他元素的原子核組成。月球上的3He正是太陽風中的α粒子形成的。

太陽風粒子可以直接照射月球表面而被月壤層捕獲，在漫長的月球地質歷史過程中使得月壤層積累了豐富的3He。3He含量主要受制於兩個過程：太陽風粒子注入3He與月壤的脫氣作用（outgassing）。如果月表面沒有對太陽風粒子注入飽和，3He含量取決於月表面的太陽風。再則，3He含量受制於月壤吸附與保持3He的能力，即月壤的脫氣作用，該因素與月壤的結構和化學成分有關。

由於太陽風是月壤中3He的唯一來源，它的強度表現出全月球緯度向的變化，與太陽風射線成一角度的月表面就要受到較少的太陽風粒子照射。當月球進入地球磁尾並偏轉太陽風時，月球正面比月球背面接受的太陽風要少一些，使得3He在經度向上有變化。

影響3He含量的第二個因素是月表面土壤的成熟度，即月表面土壤暴露在空間環境中經受了多長的時間。在太陽風空間環境中，月表面土壤粒子大小減小，膠合能力加強，使得月表面土壤3He含量增加。描述月壤成熟過程的定義有幾個不同的特徵指數，多採用光學成熟度OMAT（optical maturity）來表示月表面土壤的成熟度。

第三個因素是TiO2含量。月球土壤中不同成分（如鈦鐵礦、橄欖石、輝石、斜長石等）的同一大小粒子含有3He是不同的，其中鈦鐵礦含3He要高出10～100倍。由於大多數TiO2是在鈦鐵礦中，TiO2含量作為鈦鐵礦的一個示蹤物，成為3He含量的一個特徵指數。

月球正面月海區域由於TiO2含量高，可能有較高的3He含量，盡管那裡由於地球磁尾的遮蔽而接受到的太陽風粒子較少。在月海區域可有最大的3He含量，可高達30ng/g。與月球正面月陸區域相比，月球背面月陸區域可有較高的3He含量，主要是月球背面太陽風強。月球極地區域3He含量較少，是因為該處太陽風照射比較弱。

三、月球氦能的利用

核聚變反應有多種，例如，可用氫的同位素氘聚變生成氦，或者用氫的兩種同位素氘和氚聚變生成氦。這兩種聚變反應雖均可產生大量能量，但也會釋放出大量中子或質子，而且還要求反應溫度不低於5×108℃，所以很難在實際工程中實施。然而，利用氘和3He聚變生成氦，在聚變過程中，除產生大量能量外，它沒有釋放中子的問題。因為，氘「多餘」的一個中子，在反應過程中，正好被3He吸收而生成氦。而且，所需要的反應溫度，也只是目前實驗室已達到溫度的2倍。所以，它是一種安全、干凈、相對來說也比較容易實現的可控核聚變反應。商業經濟性分析表明，氘-3He核（聚變）電站，完全可以同核（裂變）電站和火力發電站相競爭。理想的核聚變燃料應該蘊藏豐富，易於獲取，釋放能量大。氘在天然水中含量豐富，提純也不困難。氘在水中所佔的比例是1∶6500，全世界總儲量達1013t。因此，月球上3He提供了新的能源（江燕，1996）。

核聚變反應不僅能夠應用於產生電能，而且還可以用於作為火箭推動器的燃料。在氘-3He的核聚變反應中不僅釋放14MeV的質子，而且還可以產生超過106s的比沖（火箭發動機單位重量推進劑產生的沖量，也叫比沖量）。這種性能是通過在火箭推動器排氣口上加入冷卻物質來實現降低火箭推動力實現的。同時也可以通過降低脈沖來增加火箭推動力。因此，核聚變火箭推動器可以在火箭飛行器用核引擎模式下運行加熱氫氣到高溫來產生高的推動力和低的脈沖。也就是說，火箭推動器在運行時，其運行模式可以在一定范圍內進行調節。在脫離重力場過程中可以使用較高推動力來完成，而當飛船處於失重狀態時，則可以轉化成高比沖調節操作。

至於如何把3He從月球拿回來，科學家也有了設想：第一步是要開展資源勘查工作，看月球表面什麼地方3He最集中。在此之後才能進行試驗性的開采並考慮在月球上建工廠。首先，需要專門的機械去收集月球表面上的土，再將這些土加熱至600℃之後，就會分離出氣體氦，然後從氦分離出它的同位素3He。下一步就得將3He氣體液化，以便於運輸。最後一步是將液化的3He用太空梭運回地球。一般來說，太空梭一晝夜便能一次性將20t的3He運回地球。全球每年所需能量原料只需太空梭飛四五次（2.5億～3億美元/次），所以月壤中的3He具有巨大的開發利用前景。雖說開采和運輸3He的方案非常復雜，需要花費很大的勞動力，而且耗資巨大，但確是可以實現的。據科學家計算，利用月球開發的3He發電成本只是現在核電站發電成本的1/10（宋成文和劉瑀，2009）。

四、月氦的發展

2013年12月「嫦娥三號」成功奔月，令無數華人又心潮澎湃地驕傲了一把。觀看了發射全程的人們在感慨人類智慧偉大的同時，也提出了疑問題：利用月球資源距離我們尚遠，那麼探月工程當下到底對人們有什麼實用價值？公開的數據顯示，「嫦娥一號」投入14億元人民幣，「嫦娥三號」迄今共投入9億元人民幣，「嫦娥二號」的投入尚未公布。相對於巨額的投入，探月技術所帶來的經濟價值不可估量。

中國航天科技集團提供的一份數據表明，我國近年來的1000多種新材料中，80%是在空間技術的牽引下研製完成的；有近2000項空間技術成果已移植到國民經濟各個部門。目前，空間生命科學與微重力科學、太空旅遊、空間材料學等領域仍處於由政府投資研究、試驗和探索階段。中國科學院院士胡文瑞展望將來可能產生的效益時舉例說：「美國以『沸石』作為催化劑煉油，科學家們以提高煉制效率百分之一為目標，在空間展開研究，如果成功，按照美國每年煉油花費900億美元來算，一年可節約9億美元；我國科學家也有相應的計劃，我國一年需要約20億噸煤，如果能通過空間試驗把燃煤效率提高千分之一，按每噸煤400元人民幣計算，每年就是8億元的效益……而在生命科學等領域如果能有突破性成果，人類的健康和生活將可能出現質的飛躍，這是用數字無法衡量的了。」

「嫦娥二號」的火箭發動機技術所衍生出的技術已應用於環保和人們的食住行等各個領域。經過成果轉化後，「嫦娥」奔月將為人類帶來眾多像氦能這樣新的綠色饋贈（水藍天，2014）。

目前除了中國正積極發展自身的探月技術之外，包括美國在內的西方國家也在醞釀開采月球資源的計劃。世界各國紛紛進行探月競爭的原因之一，即是為了確保擁有被認為是下一代核聚變發電燃料的3He。

不過，人類想要獲得純凈、清潔的3He還有很長的路要走。英國倫敦大學學院馬拉德空間科學實驗室行星科學部門負責人安德魯?科茨對利用3He的可行性提出了質疑，至少地球與月球之間的運輸方式尚不完善。他說：「我們在地球上尚未實現聚變發電。這是一個好主意，但還是空中樓閣。」的確，以人類現有的技術和能力，目前還無法做到用3He來作為人類使用的能源，比如說，目前大規模受控核聚變的技術尚不具備等。但是隨著科技的不斷發展，科學家相信會克服這些困難，最終實現對月采礦的偉大工程。因此，有些國外的科學家認為，要實現這個目標需要聯合世界上最好的科研力量，當然也還需要足夠的資金支持（劉輝，2014）。

⑨ 為啥可控核聚變一定要用月球上的氦-3誰有權力開采月球

為太空探索提供資源是一回事，我們每時每刻都需要大量的能源，所以我們需要更多的能源來生產地球，生活找到了更長期清潔有效的能源，並逐漸擺脫了目前有限和嚴重污染的資源，例如各種化石燃料那樣，所以國家都沒有權利開采，這個問題有相關的規定。

至於所有權，1967年的《聯合國外層空間條約》規定，任何國家都不能擁有外層空間任何天體的所有權，主要是為了防止美國在那些年裡亂搞。然而，這個國家是受限制的，但是私人公司不會被阻止使用月球作為他們自己的商業財產。目前，還沒有相關規定限制私營公司的開發，這也是美國目前支持私營公司的原因。