Một trong những nguồn tài nguyên chính được các cường quốc thèm muốn và nằm trên Mặt trăng là helium-3, một đồng vị hữu ích cho phản ứng tổng hợp hạt nhân được biết đến từ năm 1988.
Kể từ năm 1969, sự trở lại của sứ mệnh con người lên Mặt trăng dường như chưa bao giờ gần đến thế. Mặc dù mối quan tâm về mặt khoa học vẫn tiếp tục phát triển nhưng các chương trình không gian trong nhiều thập kỷ đã từ bỏ nó để nhường chỗ cho Trạm vũ trụ quốc tế và các sứ mệnh khám phá hệ mặt trời.
Bị chi phối bởi sự cạnh tranh ngày càng tăng giữa Hoa Kỳ và Trung Quốc, việc quay trở lại Mặt trăng hiện được thúc đẩy bởi mong muốn nghiên cứu và khai thác các nguồn tài nguyên có thể tìm thấy ở đó.
Trong số này, helium-3 đại diện cho tiềm năng đáng kể nhất trong lĩnh vực năng lượng. Đồng vị không phóng xạ này là nhiên liệu lý tưởng cho hoạt động của lò phản ứng nhiệt hạch; nó bao gồm sự kết hợp helium-3 với deuterium, với ưu điểm là không tạo ra neutron. Mặc dù vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm nhưng khả năng chứa năng lượng trong buồng chứa của lò phản ứng có thể khiến nó trở thành nguồn năng lượng khả thi.
Vào tháng 9/2021, công ty Hoa Kỳ, Commonwealth Fusion Systems có trụ sở tại Massachusetts, đã công bố tạo ra hệ thống từ trường 20 Tesla sử dụng nam châm điện siêu dẫn nhiệt độ cao, đây là một bước tiến vượt bậc. Từ góc độ này, việc khai thác helium-3 trên Mặt trăng có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của công nghệ đột phá này.
Tiềm năng của helium-3 mặt trăng là gì?
Ngay từ năm 1988, một báo cáo của NASA về helium-3 đã đề cập đến tiềm năng sử dụng đồng vị này trong lò phản ứng tổng hợp hạt nhân. Về mặt lý thuyết, nó mang lại một số lợi thế so với năng lượng hạt nhân hiện tại vì nguồn năng lượng dồi dào, lượng carbon thấp và không có chất thải hạt nhân.
Trên lý thuyết, những ưu điểm khiến nó trở thành một nguồn tài nguyên có tính cạnh tranh, trong khi đồng vị này hữu ích cho các ứng dụng khác bao gồm thiết bị đông lạnh, máy tính lượng tử và chụp ảnh phổi MRI.
Trong hàng tỷ năm, hoạt động của gió mặt trời đã giải phóng các hạt năng lượng cao, bao gồm cả helium-3, tích tụ trên Mặt trăng khi không có bầu khí quyển. Theo định nghĩa, là một nguồn tài nguyên có thể tái tạo, đồng vị này thường xuyên được lắng đọng trên bề mặt Mặt trăng dưới hoạt động liên tục của Mặt trời, với nồng độ cao nhất quan sát được trong các phép đo được thực hiện trên các mẫu là 10 phần tỷ (ppb), tùy thuộc vào khối lượng, với nồng độ trung bình là 4 ppb trong lớp regolith.
Kế hoạch trở lại Mặt trăng
Là điều kiện tiên quyết cho việc xây dựng căn cứ con người, nhiều quốc gia như Ấn Độ, Nga, Trung Quốc, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất đang chuẩn bị các sứ mệnh mặt trăng mới trong những năm tới.
Cho đến nay, chương trình Artemis, được NASA hỗ trợ, là chương trình thành công nhất ở giai đoạn này cho chuyến trở lại theo kế hoạch này. Cùng với Hoa Kỳ, nhiều quốc gia như Úc, Brazil, Ý, Nhật Bản và Luxembourg đã tham gia dự án đầy tham vọng này. Trung Quốc cùng với Nga cũng đang xem xét việc thành lập căn cứ trên mặt trăng. Tuy nhiên, các thông số kỹ thuật cho cam kết này hiện vẫn chưa đầy đủ, cả về nguồn tài chính lẫn sắp xếp kỹ thuật để đạt được mục tiêu đề ra vào năm 2030.
Rõ ràng, việc lắp đặt lâu dài đòi hỏi phải xây dựng và bảo trì cơ sở hạ tầng thông qua việc sử dụng các nguồn lực sẵn có tại chỗ và sử dụng nhiều robot. Về vấn đề này, công ty Luyten của Úc đang tìm cách triển khai công nghệ in 3D để cung cấp các giải pháp xây dựng tại chỗ.
Nói cách khác, mục đích là triển khai một hệ sinh thái mặt trăng nhân tạo để tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển đến Trái đất. Để đạt được tham vọng này, vườn ươm TechTheMoon của Pháp, có trụ sở tại Toulouse, là vườn ươm đầu tiên trên thế giới chuyên phát triển khu định cư lâu dài trên Mặt trăng.
Bất chấp sự thi đua này, việc thành lập căn cứ của con người vẫn là một viễn cảnh xa vời. Một báo cáo kiểm toán gần đây của NASA chỉ ra sự chậm trễ tích lũy trong chương trình Artemis, đặc biệt là trong việc phát triển và thử nghiệm module mặt trăng, trên thực tế đã trì hoãn sứ mệnh sau năm 2024.
Trung Quốc bắt đầu cuộc đua giành biên giới khai thác mới
Trung Quốc đã chứng tỏ sự gia tăng nhanh chóng trong các hoạt động không gian hướng tới mặt trăng, cả về kinh tế và công nghệ. Trung Quốc đã gửi tàu thăm dò đầu tiên vào quỹ đạo quanh Mặt trăng vào năm 2007. Kể từ đó, các sứ mệnh Chang'e 4 (2018) và Chang'e 5 (2020) đã đạt được tiến bộ đáng kể trong kiến thức và nghiên cứu dữ liệu về địa hình và thành phần của đất.
Một trong những mục tiêu của những chuyến đi này là xác định chính xác lượng helium-3 hiện diện. Để đạt được mục tiêu này, Viện Nghiên cứu Địa chất Uranium Bắc Kinh (BRIUG) đang đo hàm lượng helium-3 trong đất mặt trăng, đánh giá các thông số chiết xuất của nó và nghiên cứu khả năng cố định mặt đất của đồng vị này. Những tiến bộ này cũng phản ánh chiến lược tổng thể của Bắc Kinh nhằm kiểm soát khoáng sản và kim loại trên đất liền cũng như việc sử dụng chúng.
Nhìn chung, các quốc gia khác đang tài trợ cho các chương trình phân tích đất mặt trăng, chẳng hạn như sứ mệnh của tàu thám hiểm đầu tiên của Tiểu vương quốc Dubai dự kiến vào năm 2023 Với sự trợ giúp của tàu đổ bộ mặt trăng Ispace của công ty Nhật Bản, tàu thám hiểm Rashid sẽ nghiên cứu thành phần và tính chất địa chất của nó. Những nhiệm vụ này chắc chắn sẽ giúp đánh giá tiềm năng khai thác của nó.
Nhiều trở ngại
Các sứ mệnh khoa học chắc chắn sẽ tiếp tục trong thập kỷ tới để tiếp tục khảo sát các loại nước đá ở các vùng lãnh thổ mới trên mặt trăng. Đây là thông tin khoa học vô giá phản ánh một trong những nền tảng của hoạt động khám phá không gian của con người; dựa trên khả năng khai thác tài nguyên ngoài trái đất dường như là không giới hạn.
Trong mọi trường hợp, sự phát triển của ngành khai thác ngoài Trái đất đòi hỏi những hạn chế về đầu tư và cơ sở hạ tầng để việc triển khai các nguồn tài nguyên tái tạo hiện có trên Trái đất sẽ ít tốn kém hơn. Trên thực tế, chi phí năng lượng của helium-3 trên mặt trăng cùng lắm sẽ khiến nó chỉ đóng góp khá nhỏ vào nhu cầu năng lượng lâu dài của chúng ta, từ quá trình khai thác đến sử dụng trong lò phản ứng tổng hợp hạt nhân.
Trong khi các rào cản về công nghệ và tài chính hiện tại có vẻ như cản trở việc triển khai một dự án mạo hiểm như vậy bên ngoài Trái đất, thì các chính sách nghiên cứu và phát triển bền vững ở một số quốc gia theo nghĩa này lại là một cách để duy trì khả năng. Nói chung, tính khả thi này có thể bị phá vỡ khi vượt qua ngưỡng công nghệ tương quan với lợi nhuận kinh tế của nó. Các hiệp ước quốc tế hiện nay không cung cấp khuôn khổ chính trị và pháp lý cho các hoạt động khai thác trên Mặt Trăng. Trong khi chờ đợi, các quốc gia phải suy nghĩ về tình trạng của thiên thể bằng cách trở thành một không gian trung lập dành riêng cho khoa học.
Comentarios