¿Extraer Helio-3 en la Luna y enviarlo a la Tierra?

En la Tierra, antes de que se extraiga o extraiga un recurso mineral o petrolero, el depósito se delinea y evalúa .

Brevemente, el proceso implica enviar algunos geólogos y algunos equipos de perforación y sus operadores a un depósito y perforar pozos a través del depósito en un patrón de cuadrícula predeterminado. Los recortes de perforación o el núcleo (según el tipo de perforación utilizada) se registrarán y se tomarán muestras a intervalos uniformes para su análisis.

El registro de la geología se utilizará para determinar la estructura y la naturaleza del depósito y la roca que rodea el depósito.

Los ensayos definirán la distribución del grado: la cantidad de metal por tonelada en una región determinada. Esto ayuda a reducir las mejores partes del depósito para minar, en caso de que resulte rentable.

Luego se realiza y evalúa un diseño de mina y, si es rentable, se puede explotar, luego de las aprobaciones.

Para la Luna, o en cualquier otro lugar del sistema solar, es poco probable que esto suceda debido al gasto que implica; consulte la edición al final.

Técnicamente, es posible llevar cualquier equipo a la Luna. Puede requerir establecer un taller en la Luna y enviar el equipo como partes parcialmente preensambladas y luego ensamblarlas en la Luna, pero es costoso.

Los datos satelitales o de drones pueden dar una indicación de la distribución de grado lateral pero no de la distribución vertical que se requiere para la profundidad de la minería; consulte los comentarios más adelante.

Si se extrae helio-3 en la Luna, será esencialmente un ejercicio de recolección.

Si Wikipedia tiene razón sobre el helio-3, el grado de helio-3 es muy pequeño: 1,4 a 15 ppb (partes por mil millones ) en áreas iluminadas por el sol y hasta 50 ppb en áreas de sombra. En comparación, en la Tierra, el oro se puede extraer de forma rentable mediante métodos a cielo abierto si la ley (concentración) es de 5 g/t, o ppm (partes por millón ). El helio-3 en la Luna es 1000 veces más diluido. Para extraer un material de tan baja ley de manera rentable se requeriría una minería y un procesamiento a gran escala.

Mecánica Popular afirma:

Excavar un parche de la superficie lunar aproximadamente tres cuartas partes de una milla cuadrada a una profundidad de aproximadamente 9 pies debería producir aproximadamente 220 libras de helio-3.

Ahora 0,75 millas cuadradas son 1.942.491 m ² , 9 pies son 2,743 m y 220 lb son 99,79 kg.

En esta situación, el volumen de regolito a extraer sería de 5.328.641 m ³ . Utilizando una densidad para el regolito de 1,5 t/m ³ (algo así como arena limpia ), la masa del regolito excavado sería de 7.992.961 t (8 Mt) y la ley del helio-3 sería de 12,48 ppb (mg/t, miligramos por tonelada).

La extracción de 8 Mt de regolito requerirá una gran flota de equipos de minería robustos, especialmente si el material se extraerá a un ritmo razonable.

Lunar Helium-3 and Fusion Power , publicado por la NASA en 1988, en las páginas 21-22, preveía el uso de dragalinas o mineros balísticos para cavar varios pozos pequeños por año.

La mayor parte del helio-3 se produce en sub 50$\small\sf\mu$m regolito.

El material extraído se cribaría para descartar la fracción de tamaño de más de 4 mm. El material restante de menos de 4 mm se trataría electrostáticamente y luego se calentaría a 700$\sf^{\circ}$C para liberar los volátiles. Luego, el gas se comprimiría para su almacenamiento. Uso de excavadora de rueda de cangilones excavando a 3 m de profundidad a razón de 1258 t/h; 3942 h/año produciría 33 kg de$\sf{^3}$El por año.

El calentamiento del regolito podría realizarse mediante un horno térmico solar, de 110 m de diámetro y 10 m de profundidad.

El gas desprendido se somete a un proceso de enfriamiento/condensación para licuar las diferentes especies. El evolucionado es y separa las diferentes especies. El enfriamiento tiene lugar durante la noche lunar para aprovechar el frío ambiental. El hidrógeno se elimina antes de enfriar. Otros gases producidos por el proceso incluyen H ₂ 0, 0 ₂ , N ₂ , H ₂ , etc. posteriormente enfriados a 55 K para la separación isotópica preliminar y luego a través de un criogenerador (a 1,5 K) para lograr la concentración máxima de He-3 (99 %).

La base de experiencia en minería terrestre es grande y debe aprovecharse. Un análogo específico a la minería de regolito lunar sería la minería de depósitos terrestres de arena mineral. Sería necesario conocer la ley y la distribución del "mineral", lo que a su vez requeriría evaluaciones antes del minero para fines de planificación. La baja gravedad lunar ($\sf{\frac1 6}$Earth's) puede ser un problema para el equipo. La maquinaria puede requerir lastre para lograr la masa/inercia requerida para la minería. Dado que los costos de transporte son altos, es posible que el lastre deba suministrarse con materiales lunares.

El documento continúa afirmando que dado el uso de energía en los EE. UU., en ese momento, se requerirían 600 máquinas mineras lunares (p25).

Dos preguntas importantes planteadas en la publicación de la NASA fueron:

1. ¿Cuál es la concentración de He en el regolito lunar en función de la profundidad y de su distribución por áreas? 2. ¿Por qué la abundancia de He en el regolito está fuertemente correlacionada con la concentración de TiO _{2 ?}

Sin datos de pozos perforados, la distribución de ley con profundidad no puede conocerse antes de la extracción.

Otra complicación es que se desconoce la topografía del lecho rocoso. No se puede suponer que el lecho rocoso es liso y plano. El lecho rocoso ondulado y/o dentado será problemático para cualquier dispositivo mecánico de excavación, como una línea de arrastre, una excavadora de rueda de cangilones o una excavadora . También reducirá la cantidad de regolito que se puede extraer.

Además, los ciclos diurno y nocturno de la Luna afectarán las operaciones mineras: 13,5 días de luz solar, con temperaturas superficiales de hasta 127$\sf^{\circ}$C seguido de 13,5 días de oscuridad, con temperaturas superficiales de hasta -173$\sf^{\circ}$C. Solo se podrá calentar el regolito durante el período de luz solar si se utiliza un horno solar.

Más información sobre la extracción de helio-3 en la Luna.

Como se mencionó en los comentarios, la viabilidad de la fusión nuclear como fuente de energía controlable aún no está probada y la extracción de helio-3 en la Luna como materia prima sería muy costosa y requeriría mucho esfuerzo y tendría que competir con otras fuentes. de energía.

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Eso es 4536 USD por kilogramo.

Editar 21 de abril de 2020

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$ 1,2 millones por kg para artículos más pesados, como robots rovers, Astrobotic entregará la carga útil de su elección a la Luna, utilizando su módulo de aterrizaje robótico Peregrine de cuatro patas.