格致夫：月球是中国和世界未来能源的正解？
中国“嫦娥三号”探测器已经成功软着陆月球。面对近年来海内外舆论对中国探月工程意义的质疑，不久前，中国第一任探月工程首席科学家欧阳自远院士有一个解释，除了月球太阳能的开发前景，他还谈到：“我国参加了一个在法国建设受控核聚变反应堆的项目。假如这种发电能够实现的话，供应全中国的能源需求每年大约只8吨氦3，全世界每一年需要的能源，也只要100吨氦3。地球上的氦3极少，可月球上有100多万吨，至少可以确保人类上万年的能源需求”。而据报道，此次“嫦娥三号”的具体任务之一，就是月球表层土壤厚度测定，以换算整个月球究竟有多少氦3。
地球上煤炭、石油、天然气等化石能源将在本世纪中叶左右消耗殆尽！能源问题，已成为全世界亟待解决的最严峻问题之一。不久前，原能源部副部长陆佑楣院士在2013能源峰会暨第五届中国能源企业高层论坛上透露了一组惊人数据：2012年，中国单位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，是美国的3.3倍，是日本的7倍，甚至高于巴西、墨西哥等发展中国家！根据陆院士测算，在能源消费总量不变的情况下，如果单位GDP能耗达到世界平均水平，中国GDP规模可达到87万亿元；达到美国能效水平，GDP规模达109万亿元；达到日本能效水平，GDP规模为175万亿元。去年中国一次能源消费总量达36.2亿吨标准煤，占全世界能耗的20%，实际消耗了全世界近一半的煤炭！中国能源问题之严峻由此可见一斑。
那么，月球氦3是不是彻底解决全世界、特别是中国未来能源供应的正解呢？这里至少有两方面问题需要弄清楚。
一方面，以氦3作为能源有赖于受控热核聚变技术的成熟。而该技术目前全世界最大希望寄托在始于2007年的ITER项目，即国际热核聚变实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor），亦称“人工太阳”，这是一个验证受控核聚变技术可行性的全尺寸托卡马克试验器国际合作项目，ITER设计指标为生产约500兆瓦的聚变功率，持续时间1000秒。换句话说，它还不是一个可以实际发电的核反应堆设施！ITER预计耗资160亿欧元。参与该项目的有欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度七个成员。这项规模仅次于国际空间站的巨大工程正在法国建造。前10年为建造期，预计2019年完成，此后20年为试验运行期。按该进程推算，在地球上所有化石能源告罄前，能研制出以氦3为能源的商业化热核聚变核电站将是最顺利、最乐观的估计！
值得一提的是，前不久该项目曝出一个中国人关切的话题：ITER项目歧视中国科学家！据《南华早报》网站两个月前报道，中国与除欧盟外的所有成员国一样，承诺提供该项目9%的资金，却只有4%来自中国的科学家和其他人员参与其中，且大部分中国人都在非核心部门工作。有参与该项目的中国科学家表示，这种结果可能会让中国无法获得所需的专门技术，以利用该研究中产生的任何突破。反观欧盟，虽然提供46%资金，人员却占三分之二！日本占雇员总数的7%，印度、韩国、美国为6%，俄罗斯也占到5%。无独有偶，差不多同一时间，美国航天局作出禁止中国研究人员参加该局承办的一个国际会议的“歧视性”决定！在海内外均引起较大反响。
一个多少值得国人欣慰的消息是，中国“人造太阳”实验装置EAST与美国通用原子能公司托卡马克实验装置DIII-D于3个月前首次联合实验并获得成功，实验验证了新一代托卡马克高性能稳态运行的可行性。EAST是由中国独立设计制造的世界首个全超导热核聚变实验装置，2007年3月通过国家验收。
另一方面，即使受控热核聚变技术达到成熟应用水平，人类仍然面临月球氦3开采、提纯、运输、发电、传输等一系列难题。目前没人能说清楚，这需要多少年时间、多么巨大的投入才能攻克无数的技术难关！
科学家认为，月球上的氦3是通过太阳风作用沉积于土壤和岩石之中，但美、俄科学家对月球氦3储量的估值差别很大，在100万吨～500万吨之间，更有人认为达5亿吨！而据中国媒体报道，3年前，根据搭载在嫦娥一号卫星上的微波探测仪传回的数据，中国科学家已绘制出全球第一幅“微波月亮”图，并利用实际探测数据反演出月球土壤层的平均厚度为5～6米，氦3资源量约为100万吨。此次“嫦娥三号”将进一步探测月球表层土壤厚度，以获得更准确的月球氦3储量。
根据专家推测，大约2亿吨月球土壤能产生1吨的氦元素。要利用这一资源就必须进行提纯。而要想分离出氦3，需把土壤加热到800摄氏度以上。在月球上完成这一步，技术问题还很多，成本也会很高。
但有研究者认为，开发月球氦3还是划算的。在发电量相同情况下，使用月球氦3的花费只是目前核电站发电成本的10%。如以石油价格为标准，每吨氦3价值约40～100亿美元，是月球上的超级“金矿”！俄罗斯科学家表示，每燃烧1千克氦3可产生19兆瓦的能量，足够莫斯科市照明用6年多。美国专家则认为，用航天飞机往返运输，一次即可运回20吨液化氦3，可供应美国一年的电力！
但科学们相信，要在月球上建立基地，实际开发利用月球资源和环境，还有一个漫长的过程。各国科学家正围绕月球上氦3的形成、储量、采掘、提纯、再贮存、运输及月球环境保护等问题悄然开展相关研究。另一个设想则是就在月球建核电站。这不但解决了未来月球基地的能源供应问题，而且随着人类空间转换装置技术和地面接收技术的发展与完善，可通过激光或微波输送到位于近地轨道上的能量中继卫星，再由中继卫星仍以激光或微波形式传送给地球，为地球提供源源不断的能源。
除了技术可行性，还存在经济现实性这个关键问题。据专家测算，现在从地球到月球单程的运输费约每吨4000万美元左右，对于高效能特殊能源氦3而言，这个成本或许不算太离谱。但没人敢预测，研发氦3采掘、提纯、运输、发电、传输等一系列关键技术需要什么概念天文数字的科研费用投入，更没人知道基本建设投资和维持正常生产的成本究竟会高到什么程度。但有一点或许可以肯定，没有国际社会的通力合作，仅靠一两个国家，再强大的国力也无法承担如此浩大的工程！值得注意的是，在美国人首先完成登月壮举之后，前苏联放弃了登月目标。冷战结束后，俄罗斯甚至放弃了耗费巨大的空间站项目。美国人也于40年前停止了登月项目，近几年才提出重返月球设想。
总之，中国投入一定资源和财力开展探月工程，其意义无可否认。但指望通过这条途经，利用月球氦3彻底解决中国未来能源供应这个严峻战略问题，尚有很长的路要走。或许过于悲观并不恰当，但至少目前允许乐观的本钱还不多。
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