Добыча лунного гелия-3: гонка, подпитывающая мечты о квантовой физике и надежды на термоядерный синтез

        Человечество уже давно считает Луну местом чудес и возможностей. Сейчас о ней говорят как о потенциальном источнике одного из самых необычных и ценных материалов, добываемых человечеством: Гелия-3. Миллиарды лет солнечный ветер удерживал этот легкий нерадиоактивный изотоп в виде мелкой пыли на поверхности Луны, и в течение многих лет он привлекал внимание технологических компаний, космических стартапов и правительств из-за его огромного потенциала.

      Это может помочь снизить температуру квантовых компьютеров почти до абсолютного нуля, улучшить некоторые медицинские изображения и сканеры для обеспечения национальной безопасности и, теоретически, послужить почти чистым термоядерным топливом. В совокупности эти обещания превращают гелий-3 в важнейший стратегический товар и движущую силу зарождающейся гонки по добыче полезных ископаемых на Луне. Соединенные Штаты и Китай становятся главными соперниками. И те, и другие поставили исследование Луны на первое место в своих национальных программах и недвусмысленно связали его с будущими технологическими и стратегическими преимуществами.

         Россия также заявила о своем намерении присоединиться к соревнованию, в то время как Европейский союз, Индия и другие более мелкие игроки начинают занимать свои позиции в этом соревновании. По мере того, как мир выстраивается в очередь за лунными ресурсами, вопрос остается открытым. Кто достигнет этого первым и что это будет означать для будущего технологий,  энергетики и геополитики?

      Почему гелий-3 так важен

     Гелий-3 редко встречается на Земле. Большая часть наших запасов поступает косвенно за счет распада трития в ядерных арсеналах, что приводит к образованию лишь незначительных количеств. Согласно цифрам, приведенным в отраслевых дискуссиях, годовой объем производства из этих источников составляет от нескольких тысяч до десятков тысяч литров, что намного меньше того, что может потребоваться для полноценной квантовой промышленности. Напротив, Луна спокойно накапливала гелий-3 в течение многих эпох, потому что у нее нет защитного магнитного поля; частицы солнечного ветра переносят изотоп в верхние слои реголита.

       Оценки разнятся, но некоторые ученые полагают, что на поверхности Луны могут содержаться огромные абсолютные количества, возможно, порядка миллиона метрических тонн, хотя и рассеянные в низких концентрациях.

     Почему это так важно? Для квантовых вычислений гелий-3 - незаменимая рабочая лошадка. В современных холодильниках-разрежителях используются смеси гелия-3 и гелия-4 для охлаждения кубитов до температуры в милликельвин, при которой могут сохраняться хрупкие квантовые состояния. Как выразился один инженер-криогеник, “внутри холодильника Bluefors в 200 раз холоднее, чем в открытом космосе”, подчеркивая, насколько важен экстремальный холод для уменьшения ошибок и повышения эффективности квантовых машин. Если квантовые центры обработки данных будут расширяться, как ожидают компании и страны, спрос на гелий-3 может значительно превысить возможности Земли.

        Помимо квантовой, привлекательность этого изотопа еще шире. Гелий-3 является превосходным поглотителем нейтронов, его можно использовать для детекторов излучения, а при гиперполяризации он улучшает результаты некоторых МРТ-исследований. Однако наиболее захватывающей возможностью является термоядерный синтез. В реакциях термоядерного синтеза, в которых используется гелий-3, образуются заряженные частицы, а не нейтроны, что означает гораздо меньшую долговременную радиоактивность материалов реактора.

         Теоретические сравнения сногсшибательны. На бумаге десятки тонн гелия-3 могут обеспечивать энергией целые страны в течение длительного времени. Этот футуристический приз - одна из причин, по которой политики и планировщики обращают на него внимание, даже несмотря на то, что работоспособные термоядерные реакторы на гелии-3 пока остаются предметом спекуляций.

       Планирование сбора урожая

       Превратить лунную пыль в полноценный поток гелия-3 непросто. Этот изотоп не концентрируется в легкодоступных трубках или карманах. В образцах, взятых с "Аполлона", концентрация гелия-3 обычно измерялась в миллиард-ных долях. Это означает, что для извлечения полезного газа необходимо перерабатывать огромные объемы реголита. Основная промышленная рецептура проста в изложении.

       Извлеките поверхностный слой грунта, нагрейте его при высоких температурах для высвобождения захваченных газов, отделите гелий-3 от гораздо более распространенного гелия-4 и других летучих веществ и храните очищенный газ для транспортировки. На практике каждый этап сопряжен с серьезными инженерными проблемами.

       Марцин Фракевич, президент варшавской компании TS2 SPACE, отметил эти ограничения в своем подробном обзоре этой области. Лунный реголит, как известно, неблагоприятен для техники. Это мелкие стекловидные частицы, обладающие высокой абразивностью и обладающие электростатическим свойством прилипать, которые во время миссий "Аполлон" загрязняли уплотнения и стыки и прилипали к скафандрам. В вакууме и при силе тяжести в одну шестую части от силы тяжести смазочные материалы испаряются, движущиеся части ведут себя по-разному, а дистанционное или автономное управление необходимо из-за временной задержки между Землей и Луной, что делает дистанционное управление в режиме реального времени непрактичным.

        Для питания нагревателей, которые подвергают тепловой обработке сотни тонн грунта, потребуются крупные и надежные источники энергии на поверхности, будь то солнечные концентраторы или небольшие реакторы, и любая концепция добычи полезных ископаемых должна обеспечивать баланс массы, потребляемой мощности и надежности, чтобы ее можно было реализовать и обслуживать с помощью роботизированных систем.

       Стартапы разрабатывают концепции, которые пытаются вникнуть в эти проблемы. Одна компания, Interlune, предложила небольшой мобильный комбайн, который собирает реголит, нагревает его изнутри и удаляет отработанный грунт по мере его перемещения по поверхности. Цель - создать машину, достаточно легкую, чтобы ее можно было посадить на один посадочный модуль, но способную перерабатывать десятки-сотни тонн в час. Генеральный директор Interlune подробно рассказал о масштабах производства.

       Чтобы получить небольшое количество гелия-3, которое имеет значение на Земле, необходимо обработать огромные участки почвы, “достаточного количества лунного реголита, чтобы заполнить большой бассейн на заднем дворе”, и получить всего несколько литров. Компания перешла от лабораторных экспериментов к партнерству с оборудованием, тестировала небольшие системы в полетах в условиях пониженной гравитации и работала с производителями наземного оборудования, чтобы привести обычную тяжелую гражданскую технику в форму, пригодную для использования в космосе.

        Разделение и очистка являются еще одним важным препятствием. Даже если комбайн может надежно утилизировать реголит, для отделения мельчайших частиц гелия-3 от гелия-4 и других газов с низкой массовой долей требуются сложные криогенные или мембранные системы. Некоторые команды продемонстрировали первоначальную эффективность разделения на Земле, но создание надежных систем для лунных условий - это другая задача. Хранение и безопасная транспортировка обратно на Землю, предполагающая, что правительства и рынки решат, что доставка гелия-3 домой является экономически выгодной, еще больше усложняет задачу.

        Где мы находимся сейчас

       Интерес и инвестиции быстро перешли от спекуляций к запланированным демонстрациям. Правительства и агентства финансируют разработку технологий и закупают небольшие первоначальные партии, отчасти для того, чтобы подтолкнуть рынок и повысить техническую готовность. В середине 2025 года Министерство энергетики США объявило об исторической закупке трех литров лунного гелия-3, первой государственной закупке внеземного ресурса, предназначенной для создания первых цепочек поставок и демонстрации стратегического интереса.

         Частные покупатели, такие как Maybell Quantum и Microsoft, также заключили предварительные соглашения в области квантовой техники и криогеники. Фирмы, производящие холодильники для разбавления и квантовую инфраструктуру, заключают долгосрочные соглашения о поставках, если производство на Луне окажется жизнеспособным.

         В то же время в отчете Марцина упоминается, что готовятся разведывательные миссии для составления карты мест концентрации гелия-3 и тестирования методов поиска ресурсов на месте. Мультиспектральные датчики, предназначенные для обнаружения едва заметных признаков грунта, марсоходы с мобильными камерами и экспериментами, а также планы по переносу полезной научной нагрузки на коммерческие посадочные аппараты - все это часть краткосрочных усилий по переходу от моделей и образцов к действующему плану добычи полезных ископаемых.

        Пределы осуществимости остаются реальными. В оценке Геологической службы США лунный гелий-3 описан как “предполагаемый невосстановимый ресурс”, если судить с учетом краткосрочных экономических и технических ограничений; его масштабная добыча в течение нескольких десятилетий не гарантирована. Некоторые аналитики утверждают, что другие лунные ресурсы, такие как водяной лед, могут обеспечить более высокую отдачу от логистики в дальнем космосе и производства топлива на ранней стадии.

       Первые лунные экспериментальные станции, скорее всего, будут оправданы скорее как подтверждение концепции и стратегическое позиционирование, чем как непосредственные центры получения прибыли. Сторонники проекта надеются, что успешная демонстрация в сочетании со снижением затрат на запуск и повышением автономности в дальнейшем приведет к экономии за счет масштаба.

        Новая геополитическая борьба

      Как и все другие важные человеческие начинания, история с гелием-3 связана не только с техническими аспектами. Она имеет геополитическое значение. Космические державы видят стратегическую ценность в том, чтобы первыми получить доступ к ресурсам, которые могут изменить правила игры. Правовая база разрознена. Международный договор по космосу 1967 года запрещает суверенные притязания на небесные тела. Тем не менее, он прямо не запрещает добычу ресурсов, и последующие национальные законы и международные соглашения пытались определить, как могут действовать коммерческие права.

         В 2015 году Соединенные Штаты приняли закон, признающий права частной собственности на добытые космические ресурсы, а в Артемисских соглашениях 2020 года, разработанном под руководством США своде принципов совместной разведки, было дополнительно разъяснено, что добыча ресурсов может осуществляться в соответствии с согласованными нормами. Не все крупные игроки подписали эти соглашения (в частности, Китай и Россия); однако другие страны обозначили альтернативные подходы к управлению ресурсами и сотрудничеству.

         Перспектива того, что Китай использует добычу полезных ископаемых на Луне для завоевания решающего лидерства в области квантовых технологий или чистой энергетики, уже вызвала обеспокоенность у американских аналитиков. Для Вашингтона поддержка частных предприятий, таких как Interlune, и создание рамок, таких как соглашения Артемиды, отражает желание как можно скорее установить правила и заручиться поддержкой союзников в соответствии с видением космической торговли под руководством США. Для Пекина лунные миссии, такие как программа "Чанъэ", были объявлены национальными достижениями, а официальные лица открыто описывали гелий-3 как ресурс, который может обеспечить будущие энергетические потребности Китая на тысячи лет.

         Другие державы внимательно наблюдают за происходящим. Несмотря на неудачи в своей лунной программе, Россия присоединилась к планам Китая по созданию совместной лунной исследовательской станции в 2030-х годах, дав понять, что рассматривает использование ресурсов, включая гелий-3, в качестве долгосрочной цели. Европейский союз, тем временем, поддерживает исследования по добыче гелия-3 и демонстрации технологий, но его роль остается скорее исследовательской и направленной на сотрудничество, чем на конкуренцию. Успешная посадка индийского "Чандраяна-3" на южном полюсе Луны в 2023 году также позиционирует Индию как потенциального партнера или независимого игрока в гонке за ресурсами, хотя и в меньших масштабах.

           Это переплетение законов, очевидные технологические препятствия и символическая ценность первых полетов на Луну в совокупности создают атмосферу конкуренции, которая может напоминать прошлые скачки цен на ресурсы. Если одна страна или корпоративный блок создадут надежные цепочки поставок гелия-3, они смогут получить рыночные рычаги влияния в квантовой инфраструктуре и, в конечном итоге, в производстве термоядерного топлива. Обозреватели сравнивают современную историю с редкоземельными металлами, когда концентрированное производство в Китае теперь формирует все глобальные цепочки поставок и творит чудеса в распространении геополитического влияния. Перспектива подобной асимметрии на Луне - одна из причин, по которой правительства сейчас принимают меры.

          То, что произойдет в течение следующего десятилетия, будет зависеть от сочетания инженерных решений, терпения коммерции и международной дипломатии. Как отметил Марцин Фракевич в своем подробном обзоре отрасли, история гелия-3 находится на стыке передовых технологий и общей стратегии. На данный момент непосредственный приз невелик. Экспериментальные покупки, разведывательные миссии и несколько прототипов комбайнов.