Khám phá Mặt Trăng và khai thác các tài nguyên trên hành tinh này là mục tiêu của nhiều quốc gia, trong đó có Trung Quốc.

Theo Cục Vũ trụ Quốc gia Trung Quốc (CNSA), ngày 1/12/2020, tàu Hằng Nga 5 đã hạ cánh thành công xuống Mặt Trăng.

Đến ngày 17/12/ 2020, tàu Hằng Nga 5 của Trung Quốc đã trở về Trái Đất và mang theo 1.731 gram đất và đá quý giá mà nó thu được từ bề mặt của Mặt Trăng.

Mặc dù con số này có vẻ không lớn, nhưng so với nghiên cứu được thực hiện trên 0,5 gram đất Mặt Trăng, thì phát hiện này quả thật là rất quan trọng.

Theo đó, sau hơn 1 năm nghiên cứu và tiến hành phân tích, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã thu hoạch được rất nhiều. Các chuyên gia đã tìm thấy một chất quý hiếm có trong đất Mặt Trăng. Đặc biệt, năng lượng do 100 tấn nhiên liệu này tạo ra có thể đủ cung cấp cho cả thế giới trong 1 năm.

Theo các chuyên gia, mỗi tấn Heli-3 có giá trị tới hơn 3 tỷ USD. Đây quả thực là con số rất lớn.

Vì sao Trái Đất chỉ có 0,5 tấn, trong khi Mặt Trăng có trữ lượng Heli-3 lên tới 1 triệu tấn? Dù ở rất gần nhau, nhưng tại sao lại có sự chênh lệch lớn như vậy giữa hai hành tinh?

Theo các nhà nghiên cứu, Heli-3 chủ yếu đến từ gió Mặt Trời. Vì Trái Đất được bảo vệ nhờ từ trường và khí quyển nên gió Mặt Trời rất khó tiếp cận mặt đất. Điều này dẫn đến tình trạng trữ lượng của Heli-3 rất ít.

Trong khi đó, Mặt Trăng lại không có từ trường và bầu khí quyển. Hơn nữa, gió Mặt Trời có thể trực tiếp tác động đến bề mặt của Mặt Trăng. Do đó, khí Heli-3 nhúng vào tầng trên của đất Mặt Trăng được bảo toàn. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi trữ lượng của loại nhiên liệu quý hiếm này ở trên Mặt Trăng lại vượt xa Trái Đất.

Trong điều kiện công nghệ hiện nay, Heli-3 được coi là một nhiên liệu nhiệt hạch lý tưởng nhất. Heli-3 là một đồng vị của nguyên tố heli. Đồng vị này có thể được sử dụng trong phản ứng tổng hợp hạt nhân nhằm cung cấp cho con người nguồn năng lượng khổng lồ.

Ví dụ sau đây sẽ cho thấy Heli-3 là một nguồn cung cấp năng lượng rất lớn. Đó cũng là lý do vì sao Trung Quốc muốn khai thác được nhiên liệu này.

Cụ thể, một nhà máy điện có công suất phát điện hàng năm là 1 triệu kilowatt, thì sản xuất nhiệt điện cần tới 2 triệu tấn than. Trong khi đó, với một nhà máy điện hạt nhân sử dụng công nghệ phân hạch hạt nhân thì chỉ cần 300.000 tấn nhiên liệu. Thực tế nếu nhà máy nhiệt hạch thì chỉ cần 0,6 tấn nhiên liệu hạt nhân là đủ.

Đặc biệt, loại năng lượng được tạo ra này là năng lượng sạch thực sự, khi sẽ không tạo ra neutron trong quá trình phản ứng tổng hợp hạt nhân, và cũng sẽ không có nguy cơ bức xạ thứ cấp. Điều này khác biệt so với các nhà máy điện hạt nhân hiện nay, những nơi tạo ra một lượng lớn chất thải hạt nhân và đòi hỏi quá trình xử lý rất phức tạp sau đó.

Hiện tại, Trung Quốc đang là quốc gia tiềm năng khi đi đầu trong việc ứng dụng phản ứng tổng hợp hạt nhân vào thực tế. Cuối tháng 12/2021, tại Viện Vật lý Plasma, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, lò phản ứng Tokamak siêu dẫn (hay còn gọi là mặt trời nhân tạo) của nước này đã duy trì plasma nóng tới 70 triệu độ C trong thời gian tới 1.056 giây. Đây cũng chính là thời gian duy trì liên tục plasma siêu nóng lâu nhất so với tất cả các lò phản ứng Tokamak ở trên thế giới.

Điều này tạo nền tảng vững chắc để có thể vận hành một lò phản ứng nhiệt hạch quy mô công nghiệp trong tương lai. Đồng thời khi công nghệ này có thể được đưa vào sử dụng thương mại thì Heli-3 sẽ thực sự có chỗ đứng để sử dụng.

Theo các nhà khoa học ước tính, hai tàu con thoi chở đầy Heli-3 trong khoang hàng (khoảng 40 tấn khí) thì có thể cung cấp năng lượng cho cả nước Mỹ trong 1 năm, với tốc độ tiêu thụ hiện tại.

Theo Giáo sư Ouyang Ziyuan, nhà khoa học của Chương trình Khám phá Mặt Trăng Trung Quốc, Mặt Trăng có chứa nhiều Heli-3 và nguồn cung nhiên liệu quý hiếm này có thể đáp ứng được nhu cầu năng lượng của nhân loại trong khoảng ít nhất 10.000 năm.

Theo ông Tim Chrisman, cựu chuyên gia phân tích không gian của CIA, về đích trước ở trong cuộc đua khai thác Heli-3 có thể được coi giống như phóng vệ tinh đầu tiên trong cuộc chạy đua của Nga và Mỹ vào vũ trụ.

Thế nhưng chiến thắng này còn phụ thuộc rất nhiều vào cách mà Heli-3 có thể được khai thác. Cụ thể, nếu nhiên liệu này có thể được sử dụng một cách nhanh chóng cho nguồn điện và năng lượng, hoặc được đưa trở lại Trái Đất an toàn thì mở ra tiềm năng cho các thay đổi mạnh mẽ.

Trên thực tế, vào tháng 8/2021, theo nhà nghiên cứu Huang Zhizin tại Phòng Khoa học và Công nghệ của Viện Nghiên cứu Địa chất Urani ở Bắc Kinh, mục tiêu chính của nghiên cứu về mẫu đất, đá trên Mặt Trăng do tàu Hằng Nga 5 thu được là xác định về hàm lượng của Heli-3 trong đất Mặt Trăng. Đặc biệt là các thông số khai thác của Heli-3 cho thấy chúng ta có thể tiến hành chiết xuất heli ở nhiệt độ ra sao và loại nhiên liệu quý hiếm này được gắn vào đất của Mặt Trăng như thế nào.

Về phía Mỹ, Công ty Solar System Resources cũng đã tiến hành ký hợp đồng về việc cung cấp 500 kg Heli-3 từ Mặt Trăng cho Tập đoàn Hạt nhân Mỹ trong quãng thời gian từ năm 2028 – 2032.

Sự tồn tại của Heli-3 trên Mặt Trăng không phải là một phát hiện mới. Thay vào đó, vào giữa và cuối thế kỷ 20, con người đã biết về việc có "kho báu" này trên Mặt Trăng. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, các nhà khoa học lại thường tin rằng Heli-3 kết hợp chặt chẽ với các hạt đất Mặt Trăng và chỉ có thể chiết xuất nhiên liệu này với sự trợ giúp của nhiệt độ cao hơn 700 độ C.

Cái khó là việc di chuyển một môi trường có nhiệt độ cao như vậy lên Mặt Trăng lại là điều nằm ngoài tầm tay của công nghệ hiện đại.

Mặc dù điều kiện khai thác đã dễ dàng hơn trước nhưng về mặt công nghệ hiện tại, con người vẫn rất khó có thể khai thác trên quy mô lớn, bởi Heli-3 nằm rất rải rác ở trên bề mặt Mặt Trăng. Việc khai thác quy mô lớn Heli-3 đương nhiên không phải là việc chỉ trong một sớm một chiều.

Tuy nhiên các quốc gia lớn như Mỹ, Trung Quốc vẫn đang nỗ lực hết mình cho cuộc chạy đua khai thác Heli-3 trên Mặt Trăng.