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中國計劃透過磁懸浮技術,每年開采5噸月球氦-3「投送」回地球?

2024-08-25科學

當我們認為對月球的了解已經十分充分時,中國科學家在嫦娥五號帶回的月壤樣本中發現了一個重要成分——氦-3,這種元素被認為是未來能源的重要組成部份。令人驚訝的是,月球上竟然蘊藏著高達100萬噸的氦-3儲量!

這表明,如果能夠順利提取,這些資源可以為地球提供至少萬年的能源。

最初的好奇心逐漸演變成了實質性的利益需求,科學家們提出了一項看似邊際較小的計劃:利用月球磁懸浮拋射系統,每年將5噸氦3「投擲」回地球。

這個勇敢的想法,是否真的能夠變為現實?

把氦3「扔」向地球?

從地球到月球的38萬公裏究竟意味著什麽?假如選擇步行完成這段旅程,每天走10公裏,需要耗時9.5年,而這僅僅是沿著直線前進,更不用說還需要攜帶足夠的食物和水。

別著急,這裏並不是說要步行到月球,但這種距離感確實讓人意識到,從月球把東西「拋」回地球可不是簡單的事情。

要讓氦3成功穿越這段距離,並準確抵達地球上特定的位置,毫無疑問,這是一項巨大的挑戰。這並不是好萊塢特效團隊能協助的事情,而是完全依賴於冷酷的科學和工程技術。

為了順利實施這個動作,我們必須嚴格掌握氦3的飛行軌跡和速度。如果稍有差池,它可能會偏離航道,或者因為速度過快在穿越地球大氣層時被燒毀。

月球的重力僅為地球的六分之一,這是否意味著我們可以更容易地將物體「拋射」出去呢?從某種角度來看,確實如此,因為在低重力環境中,發射物質所需的能量會相應降低。不過,我們也不應該過於樂觀。

月球雖然重力較小,但它依然存在。我們仍需抵抗這股重力,以確保氦3能夠順利「升空」。如果發射時的動力不足,氦3可能會再次落回月球表面。

此外,氦3在發射後需要在漫長的飛行中維持足夠的速度,以避免進入地球大氣層時因過熱而被燒毀。

發射氦3還存在一個更大的挑戰:月球缺乏大氣層的防護。這就意味著,任何在月球上進行的發射活動都將暴露於宇宙嚴酷的環境之中。

首先是宇宙射線,這些來自深空的高能粒子可不是輕易對付的,它們能夠損壞器材。

此外,月球表面的溫度變化非常劇烈,白天可達127攝氏度,而夜晚則降到-173攝氏度。這種極端的溫差可能會對器材的運作造成影響,甚至引發器材故障。

微隕石也構成了一種威脅。盡管它們體積很小,但在高速運動下,其撞擊力足以損壞發射裝置。就像開車時,迎面而來的小石子會使擋風玻璃破裂一樣,微隕石的威力顯然遠超普通的小石子。

從設想到現實

為了將這個聽上去非常不切實際的拋投計劃付諸實踐,中國科學家進行了大量的研究與實驗,最終找到了應對這些挑戰的有效解決方案。

為了使氦3能夠順利從月球返回地球,首要解決的問題是如何實作高效的發射。傳統火箭發射消耗了大量燃料,而在月球上構建大規模的燃料供應鏈顯然是不切實際的。因此,科研人員開始關註磁懸浮技術,這是一種節能且高效的發射方式。

磁懸浮技術顯而易見是利用磁力使物體實作「懸浮」並迅速移動。這一系統的工作原理與鏈球運動員投擲時的動作有些相似。

鏈球運動員透過持續加速自己的旋轉,最終將鏈球投擲出去,而磁懸浮拋射裝置同樣是透過一個旋轉臂來提升旋轉速度,然後利用磁力將氦3高速發射。

「準確投擲」是該計劃成功的重要因素之一。或許有人會驚呼:在廣袤的宇宙中,如何能讓氦3無誤地返回地球,這怎麽可能?即便成功將其扔回了地球,又該如何掌控它的著陸位置呢?如果我們費盡心力「拋」回來,卻落入了其他國家的領土或者大海,那豈不是徒勞無功?

科學家們當然不會草率行事,他們在月球上設定了一個「發射視窗」。

科學家們透過地球與月球的相對位置,能夠挑選出最優的發射時機,以便氦3在飛行過程中利用月球獨特的環境條件,如高真空和低重力,這使得該系統每天可以進行兩次有效載荷發射,其成本大約僅為目前運輸方式的10%。

再尖端的技術,如果過度依賴人工操作,勢必會產生各種失誤。為了降低這些不確定性,科學家們決定將拋射過程盡量實作完全自動化。由此,它將承擔指揮官的職責,從拋射角度、發射時機到速度控制,均由其來掌控。

氦3能幹什麽用?

提到這個話題,似乎還沒有詳細說明它究竟是什麽,以及為何人們對此如此著迷,以至於願意將它從月球「扔」回地球。

普通氦氣(氦-4)擁有兩個質子和兩個中子,而氦-3則由兩個質子和一個中子組成。盡管只少了一個中子,但這卻代表著「性質的不同」!它是核聚變非常理想的燃料。

氦3在地球上的儲備非常有限,這究竟是為何呢?原因在於地球的大氣層和磁場遮蔽了大量來自太陽風的氦3。

月球缺乏大氣層,同時也沒有像地球那樣強大的磁場,因此直接受到太陽風的影響。經過幾十億年的時間,氦3在月球土壤中逐漸積累。據估計,月球上的氦3儲量約為100萬噸,這足以滿足地球數千年的能源需求。這是不是聽起來非常吸引人呢?

目前,氦3的使用仍主要處於實驗室研究階段,不過科學家們意識到其潛力巨大,但要想實作實際套用,還需等待其「成熟」。

核聚變這個概念聽起來或許有些復雜,實際上是指模擬太陽內部能量釋放的方式,將兩個較小的原子核合並為一個更大的原子核,並且在此過程中釋放出大量能量。

我之所以對氦3充滿興趣,是因為它在核聚變反應中幾乎不釋放中子,因此不會造成嚴重的放射性汙染。

與當前套用的核分裂技術相比(這一技術曾導致切爾諾貝爾事故),氦3簡直就像是個「聽話的小孩」。

若我們能夠有效掌握核聚變技術,未來的電廠或許將變得更為緊湊與高效,甚至可能會出現便攜式核聚變發電器材。這樣,在地球某個偏遠地區,與電網隔絕的小村莊可以透過一個小型核聚變裝置持續獲取潔凈能源。

或者在月球基地,太空人們不必再憂慮能源不足,因為他們腳下的月球土壤中蘊藏著所需的氦3能源。

地月質素差變大,該咋辦?

當我們討論將氦3從月球「投射」回地球時,許多人可能會憂慮:如此龐大的物質被運送回地球,會不會對地月系統造成影響?是否會引發一系列不可預測的「蝴蝶效應」?

月亮不僅僅是一輪夜空中的明月,它在地球的潮汐、氣候和地軸穩定性等方面也具有重要作用。如果我們在月球上進行一些重大活動,會不會導致地球也產生震動呢?

聽起來是不是有點讓人感到不安?別著急,科學家們早已關註到了這個問題。我們來做個對比吧。

地球的質素是月球的81倍,即使每年從月球提取幾噸的氦3,這些物質在地月系統中的總量依然微不足道,幾乎可以被忽略。

當然,這並不意味著我們可以隨意地從月球上萃取物質。畢竟,開發任何資源都必須考慮到長期的生態平衡。

根據目前的科學研究,氦3的運輸規模在可預見的未來不會對地月系統形成實質性的威脅。相反,這些資源的開發有可能為地球帶來前所未有的能源變革,助力我們應對日益嚴峻的能源挑戰。

未來的某個時刻,當我們仰望璀璨的星空時,月亮的變化或許將不再是我們的主要關註點。

我們會設想一縷縷從月球射向地球的氦3,這些奇妙的「小光束」將如何在無聲無息中深刻改變我們的生活,甚至重新塑造整個世界。

科技的進步經歷了從最初的驚奇到後來的平常,每一個階段都是人類智慧與自然規律相互作用的產物。