月亮之于地球的關(guān)系，不僅僅在于是后者的天然衛(wèi)星。自古以來，人類便仰望著月亮。2020年12月我國的嫦娥五號(hào)返回器成功返回地面，并帶回了1731克珍貴的月壤樣本。經(jīng)過100多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)的不懈努力，月壤中蘊(yùn)藏的豐富資源逐步被揭開了神秘面紗。
月壤中有什么？
月壤里最主要的組分是礦物、結(jié)晶巖、角礫巖碎屑，以及各種擊變玻璃和膠結(jié)物。通過分析月壤中的鈦鐵礦顆粒，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些鈦鐵礦在微觀表面上，都存在著一層非晶玻璃結(jié)構(gòu)。
玻璃態(tài)材料的結(jié)構(gòu)特殊，可以很好地保存其中的物質(zhì)材料，在月壤的鈦鐵礦玻璃中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量氦-3的存在。氦-3是氦的同位素。在地球上，氦-3一直是稀有的可控核聚變資源。同時(shí)，氦-3也被眾多科學(xué)家視為未來最完美的清潔能源。
地球上的氦-3資源十分有限，全球可提取的氦-3僅有不到二十噸。氦-3的價(jià)格十分高昂，一噸的售價(jià)在20到30億美元之間，折合人民幣需要近200億每噸，僅僅一百噸的氦-3開采價(jià)值便高達(dá)兩萬億人民幣。
除了重要的未來能源物質(zhì)外，月壤中還發(fā)現(xiàn)了一種地球上沒有的磷酸鹽礦物。這種磷酸鹽礦物中有高含量的稀土，并且礦物的單晶顆粒極為細(xì)小，被我國科學(xué)家命名為“嫦娥石”?！版隙鹗钡陌l(fā)現(xiàn)對(duì)揭開月球起源演化之謎有重大的意義，其中的稀土資源也是科學(xué)家們未來不懈探索開發(fā)的重要材料。
月壤可以說是“渾身是寶”。除此之外，2022年5月，我國科學(xué)家在月壤樣本中發(fā)現(xiàn)了一些活性化合物。作為催化劑，這些化合物具有良好的催化潛能，但目前仍與地球上的催化劑性能上有所差異。
在我國科學(xué)家的探索下，研究人員采用人工光合成技術(shù)，通過月壤中活性化合物的催化，不僅實(shí)現(xiàn)了水和二氧化碳到氫氣、氧氣的轉(zhuǎn)化，還制造出了更為復(fù)雜的化合物甲烷和甲醇。
月壤中的氦-3
地球上的氦元素主要是氦-4，而氦-3的存在盡管在地球上十分稀有，但在月壤中卻是隨處可見。月壤中的氦-3廣泛存在于月表的輝石、橄欖石、斜長石、鈦鐵礦中，其中以鈦鐵礦顆粒中的含量最高。
科學(xué)家通過測(cè)定月壤中的含量和月球的月壤厚度，估算出月球上月壤的資源總量在100到500萬噸上下。如此巨量的可控核聚變資源是驚人的，在地球上，建設(shè)一個(gè)發(fā)電量500兆瓦的氘氦-3核電站，需要消耗的氦-3一年也只在50千克左右。
氦-3作為可控核聚變的材料，在聚變過程中，除了安全性比主流的氘—氚反應(yīng)核聚變更高外，還有后者無法企及的一大優(yōu)點(diǎn)，不產(chǎn)生中子，不會(huì)帶來核污染的風(fēng)險(xiǎn)，可以真正實(shí)現(xiàn)清潔高效的核能利用。
同時(shí)，氦氣凝結(jié)溫度極低，可以用作極低溫材料下的制冷。因此作為關(guān)鍵制冷劑，氦-3在超導(dǎo)材料、量子計(jì)算、拓?fù)浣^緣體等前沿研究領(lǐng)域，可以發(fā)揮重要的超低溫性質(zhì)，是不可或缺的重要資源。
仍在探索的技術(shù)
盡管月球上的資源十分豐富，但對(duì)其開采利用的技術(shù)問題，全世界科學(xué)家仍在探索階段。月球因缺少大氣層的緣故，地表受到太陽風(fēng)長期的接觸，將太陽風(fēng)中的氦-3以氣泡的形式存儲(chǔ)在了玻璃態(tài)礦物結(jié)構(gòu)中，玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)的特殊性，也導(dǎo)致氦-3原位提取需要一定的技術(shù)手段。
月壤中的鈦鐵礦，相比其他礦物，在溶解氦-3上具備優(yōu)越的性質(zhì)，但在氦-3注入了鈦鐵礦晶格后，氦原子也會(huì)不斷被釋放出來。由于鈦鐵礦顆粒表層玻璃結(jié)構(gòu)阻擋了這一釋放過程，月壤中的氦-3就被逐漸儲(chǔ)存了下來。
因此想要高效開采、原位提取月球中的氦-3，需要突破的技術(shù)環(huán)節(jié)主要在于對(duì)月壤中富含氦-3的礦物的提取和存儲(chǔ)，以及氦-3的原位釋放提取。有研究者指出，氦-3可以通過機(jī)械破碎的礦物結(jié)構(gòu)的方式釋放，但這一提取效率相對(duì)較低。
通過加熱的方式開采月壤中的氦-3，最佳的加熱提取溫度需要達(dá)到1000開爾文以上。同時(shí)，盡管月球上有豐富的資源，但將月壤中巨量的氦-3資源用在地球的建設(shè)中，對(duì)于人類的宇宙航天航空技術(shù)而言，也仍是一大挑戰(zhàn)。
從人類首次登月至嫦娥五號(hào)成功登月采回1731克的月壤樣本，這條路道路我國科研工作者已走了51年。然而，從古至今，跨越幻想到現(xiàn)實(shí)，地球到月球的距離的，恰恰是人類對(duì)于未來非凡的想象和勇往直前的腳步。
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