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Abstract

化石燃料が枯渇し、世界のエネルギー需要が増加する中、代替エネルギー源の必要性は明らかである。 ヘリウム-3を用いた核融合はその解決策になるかもしれない。 ヘリウム-3は地球上では希少な同位体であるが、月には豊富に存在する。 宇宙関係者の間では、月へ戻る大きな理由として、月のヘリウム3がよく挙げられている。 月のヘリウム3採掘の可能性にもかかわらず、完全なエンド・ツー・エンドのミッションに関する研究はほとんど行われていない。 このアブストラクトでは、デルフト工科大学の学生が実施したフィージビリティスタディの結果を紹介する。 この研究の目的は、月面でヘリウム3を採掘して地球に返還する連続的なエンド・ツー・エンド・ミッションが、将来のエネルギー市場において実行可能な選択肢であるかどうかを評価することであった。 代表的なエンド・ツー・エンドミッションの設定要件は、2040年に世界のエネルギー需要の10％を供給することであった。 ミッションの要素は、保守的なコンセプトと新しいコンセプトの両方から、複数のトレードオフを考慮して選択された。 各輸送セグメント（LEO，トランスファー，月面）ごとに複数の非連成要素を持つミッション・アーキテクチャが最良の選択肢であることがわかった． 最も重要な要素は、月面採掘作業そのものであることが判明した。 2040年に世界のエネルギー需要の10％を供給するためには、年間200トンのヘリウム-3が必要である。 月のレゴリスに含まれるヘリウム3の濃度を20ppbと仮定すると、レゴリスの採掘速度は毎秒630トンになる。 ウィスコンシン大学の「マークIII」採掘機を使用した場合、1,700〜2,000台のヘリウム-3採掘機が必要になる。 昼夜を問わず採掘する場合、必要な加熱パワーは39GWに達する。 その結果、月探査に必要な電力システムの質量は6万〜20万トンになる。 また、3台の月着陸船と22台の軌道変換用連続推力機が必要となる。 これらのミッションにかかる費用は、予想される寿命で割り振られている。 ヘリウム-3核融合から得られる利益は、2040年の最低エネルギー価格を30.4ユーロ/MWhと予測して計算された。 年間コストは4277億から1兆3479億ユーロ、年間期待利益は-724億から2600億ユーロである。 また、このミッションの規模が大きいため、2040年の世界のエネルギー需要の0.1%と1%を供給する場合の評価も行われている。 1%の場合、年間コストは456億〜1403億ユーロ、年間利益は-780億〜231億ユーロと予想される。 0.1%の場合、年間コストは77億〜205億ユーロ。 0.1%の場合、年間コストは77億〜205億ユーロ、年間期待利益は-143億〜-8億ユーロとなる。 実現可能性については、3つの側面から検討した。 技術的には、このミッションは非常にチャレンジングで複雑である。 しかし、必要な技術はほとんど存在するか、妥当な期間内に開発可能である。 政治的、法的には、現在の国際条約は月採掘のための枠組みをほとんど提供していない。 財政的にも、このミッションが純利益を生むのは、最良のケースで、非常に大きな初期投資を必要とする中・大規模な事業の場合のみである。 月でのヘリウム3利用を可能にするためには、採掘作業と核融合炉のコストに焦点を当てた研究をさらに進める必要があります。 とはいえ、さまざまな輸送コンセプトが検討されるかもしれません。 ヘリウム3の採掘に関する課題は、技術的なものだけでなく、まだたくさんある。 さらなる研究の出発点に過ぎないが、この研究は、一般的な主張にもかかわらず、月のヘリウム3が2040年の世界のエネルギー需要のかなりの割合を供給するのには適さないことを示している。