格致夫：月球是中國和世界未來能源的正解？

中國“嫦娥三號”探測器已經成功軟着陸月球。面對近年來海內外輿論對中國探月工程意義的質疑，不久前，中國第一任探月工程首席科學家歐陽自遠院士有一個解釋，除了月球太陽能的開發前景，他還談到：“我國參加了一個在法國建設受控核聚變反應堆的項目。假如這種發電能夠實現的話，供應全中國的能源需求每年大約只8噸氦3，全世界每一年需要的能源，也只要100噸氦3。地球上的氦3極少，可月球上有100多萬噸，至少可以確保人類上萬年的能源需求”。而據報道，此次“嫦娥三號”的具體任務之一，就是月球表層土壤厚度測定，以換算整個月球究竟有多少氦3。

地球上煤炭、石油、天然氣等化石能源將在本世紀中葉左右消耗殆盡！能源問題，已成為全世界亟待解決的最嚴峻問題之一。不久前，原能源部副部長陸佑楣院士在2013能源峰會暨第五屆中國能源企業高層論壇上透露了一組驚人數據：2012年，中國單位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，是美國的3.3倍，是日本的7倍，甚至高於巴西、墨西哥等發展中國家！根據陸院士測算，在能源消費總量不變的情況下，如果單位GDP能耗達到世界平均水平，中國GDP規模可達到87萬億元；達到美國能效水平，GDP規模達109萬億元；達到日本能效水平，GDP規模為175萬億元。去年中國一次能源消費總量達36.2億噸標準煤，占全世界能耗的20%，實際消耗了全世界近一半的煤炭！中國能源問題之嚴峻由此可見一斑。

那麼，月球氦3是不是徹底解決全世界、特別是中國未來能源供應的正解呢？這裡至少有兩方面問題需要弄清楚。

一方面，以氦3作為能源有賴於受控熱核聚變技術的成熟。而該技術目前全世界最大希望寄托在始於2007年的ITER項目，即國際熱核聚變實驗反應堆（International Thermonuclear Experimental Reactor），亦稱“人工太陽”，這是一個驗證受控核聚變技術可行性的全尺寸托卡馬克試驗器國際合作項目，ITER設計指標為生產約500兆瓦的聚變功率，持續時間1000秒。換句話說，它還不是一個可以實際發電的核反應堆設施！ITER預計耗資160億歐元。參與該項目的有歐盟、美國、中國、日本、韓國、俄羅斯和印度七個成員。這項規模僅次於國際空間站的巨大工程正在法國建造。前10年為建造期，預計2019年完成，此後20年為試驗運行期。按該進程推算，在地球上所有化石能源告罄前，能研製出以氦3為能源的商業化熱核聚變核電站將是最順利、最樂觀的估計！

值得一提的是，前不久該項目曝出一個中國人關切的話題：ITER項目歧視中國科學家！據《南華早報》網站兩個月前報道，中國與除歐盟外的所有成員國一樣，承諾提供該項目9%的資金，卻只有4%來自中國的科學家和其他人員參與其中，且大部分中國人都在非核心部門工作。有參與該項目的中國科學家表示，這種結果可能會讓中國無法獲得所需的專門技術，以利用該研究中產生的任何突破。反觀歐盟，雖然提供46%資金，人員卻占三分之二！日本占雇員總數的7%，印度、韓國、美國為6%，俄羅斯也占到5%。無獨有偶，差不多同一時間，美國航天局作出禁止中國研究人員參加該局承辦的一個國際會議的“歧視性”決定！在海內外均引起較大反響。

一個多少值得國人欣慰的消息是，中國“人造太陽”實驗裝置EAST與美國通用原子能公司托卡馬克實驗裝置DIII-D於3個月前首次聯合實驗並獲得成功，實驗驗證了新一代托卡馬克高性能穩態運行的可行性。EAST是由中國獨立設計製造的世界首個全超導熱核聚變實驗裝置，2007年3月通過國家驗收。

另一方面，即使受控熱核聚變技術達到成熟應用水平，人類仍然面臨月球氦3開採、提純、運輸、發電、傳輸等一系列難題。目前沒人能說清楚，這需要多少年時間、多麼巨大的投入才能攻克無數的技術難關！

科學家認為，月球上的氦3是通過太陽風作用沉積於土壤和岩石之中，但美、俄科學家對月球氦3儲量的估值差別很大，在100萬噸～500萬噸之間，更有人認為達5億噸！而據中國媒體報道，3年前，根據搭載在嫦娥一號衛星上的微波探測儀傳回的數據，中國科學家已繪製出全球第一幅“微波月亮”圖，並利用實際探測數據反演出月球土壤層的平均厚度為5～6米，氦3資源量約為100萬噸。此次“嫦娥三號”將進一步探測月球表層土壤厚度，以獲得更準確的月球氦3儲量。

根據專家推測，大約2億噸月球土壤能產生1噸的氦元素。要利用這一資源就必須進行提純。而要想分離出氦3，需把土壤加熱到800攝氏度以上。在月球上完成這一步，技術問題還很多，成本也會很高。

但有研究者認為，開發月球氦3還是划算的。在發電量相同情況下，使用月球氦3的花費只是目前核電站發電成本的10%。如以石油價格為標準，每噸氦3價值約40～100億美元，是月球上的超級“金礦”！俄羅斯科學家表示，每燃燒1千克氦3可產生19兆瓦的能量，足夠莫斯科市照明用6年多。美國專家則認為，用航天飛機往返運輸，一次即可運回20噸液化氦3，可供應美國一年的電力！

但科學們相信，要在月球上建立基地，實際開發利用月球資源和環境，還有一個漫長的過程。各國科學家正圍繞月球上氦3的形成、儲量、採掘、提純、再貯存、運輸及月球環境保護等問題悄然開展相關研究。另一個設想則是就在月球建核電站。這不但解決了未來月球基地的能源供應問題，而且隨着人類空間轉換裝置技術和地面接收技術的發展與完善，可通過激光或微波輸送到位於近地軌道上的能量中繼衛星，再由中繼衛星仍以激光或微波形式傳送給地球，為地球提供源源不斷的能源。

除了技術可行性，還存在經濟現實性這個關鍵問題。據專家測算，現在從地球到月球單程的運輸費約每噸4000萬美元左右，對於高效能特殊能源氦3而言，這個成本或許不算太離譜。但沒人敢預測，研發氦3採掘、提純、運輸、發電、傳輸等一系列關鍵技術需要什麼概念天文數字的科研費用投入，更沒人知道基本建設投資和維持正常生產的成本究竟會高到什麼程度。但有一點或許可以肯定，沒有國際社會的通力合作，僅靠一兩個國家，再強大的國力也無法承擔如此浩大的工程！值得注意的是，在美國人首先完成登月壯舉之後，前蘇聯放棄了登月目標。冷戰結束後，俄羅斯甚至放棄了耗費巨大的空間站項目。美國人也於40年前停止了登月項目，近幾年才提出重返月球設想。

總之，中國投入一定資源和財力開展探月工程，其意義無可否認。但指望通過這條途經，利用月球氦3徹底解決中國未來能源供應這個嚴峻戰略問題，尚有很長的路要走。或許過於悲觀並不恰當，但至少目前允許樂觀的本錢還不多。