Helium-3, một đồng vị hiếm trên Trái Đất, chủ yếu được tạo ra từ sự phân rã tritium trong vũ khí hạt nhân. Nguồn cung hàng năm từ các nguồn này chỉ đạt vài nghìn đến vài chục nghìn lít, không đủ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp lượng tử. Trái ngược với sự khan hiếm trên Trái Đất, Mặt Trăng lại tích lũy helium-3 trong hàng triệu năm do thiếu từ trường bảo vệ. Điều này cho phép các hạt từ gió mặt trời mang đồng vị này xâm nhập vào lớp đất mặt của Mặt Trăng. Các nhà khoa học ước tính rằng bề mặt Mặt Trăng có thể chứa tới một triệu tấn helium-3, mặc dù ở nồng độ thấp.
Helium-3 đóng vai trò then chốt trong lĩnh vực máy tính lượng tử. Các tủ lạnh pha loãng tiên tiến sử dụng hỗn hợp helium-3 và helium-4 để làm lạnh các qubit đến nhiệt độ cực thấp, thấp hơn hàng trăm lần so với ngoài không gian. Điều này giúp giảm thiểu lỗi và tăng tính hữu dụng của máy tính lượng tử. Nếu các trung tâm dữ liệu lượng tử mở rộng quy mô, nhu cầu về helium-3 có thể tăng vọt, vượt quá khả năng cung cấp hiện tại của Trái Đất.
Ngoài ứng dụng trong công nghệ lượng tử, helium-3 còn là một chất hấp thụ neutron lý tưởng cho các máy dò bức xạ. Khi được phân cực mạnh, nó cũng có thể cải thiện chất lượng ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI). Tuy nhiên, ứng dụng hấp dẫn nhất của helium-3 nằm ở phản ứng nhiệt hạch, có khả năng tạo ra các hạt tích điện thay vì neutron, giúp giảm thiểu hoạt động phóng xạ về lâu dài.
Những tiềm năng ứng dụng to lớn này biến helium-3 thành một vật liệu chiến lược, thúc đẩy cuộc đua khai thác tài nguyên trên Mặt Trăng, với Mỹ và Trung Quốc là hai đối thủ chính. Cả hai quốc gia đều coi trọng việc khám phá Mặt Trăng và xem đây là yếu tố then chốt để đạt được lợi thế công nghệ và chiến lược trong tương lai. Nga cũng đã công khai ý định tham gia vào cuộc cạnh tranh này, trong khi Liên minh châu Âu, Ấn Độ và một số quốc gia khác cũng đang bắt đầu khẳng định vị thế của mình.
Tuy nhiên, việc khai thác helium-3 trên Mặt Trăng không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Các mẫu vật thu thập từ các nhiệm vụ Apollo của Mỹ cho thấy nồng độ helium-3 chỉ ở mức vài phần tỷ, đòi hỏi phải xử lý một lượng lớn đất mặt (regolith) để chiết xuất lượng khí hữu ích. Quy trình khai thác bao gồm các bước: đào đất mặt, nung nóng ở nhiệt độ cao để giải phóng khí bị mắc kẹt, tách helium-3 khỏi helium-4 và các chất dễ bay hơi khác, và cuối cùng là lưu trữ khí tinh khiết để vận chuyển. Mỗi bước trong quy trình này đều đặt ra những thách thức kỹ thuật đáng kể.
Ông Marcin Frackiewicz, chủ tịch công ty dịch vụ liên lạc vệ tinh TS2 SPACE tại Warsaw, Ba Lan, lưu ý rằng lớp đất mặt trên Mặt Trăng có thể gây hại cho máy móc do chứa các hạt mịn, sắc cạnh, có tính mài mòn cao và khả năng bám dính tĩnh điện. Loại bụi này đã từng làm hỏng các khớp nối và bám vào bộ đồ phi hành gia trong các nhiệm vụ Apollo.
Môi trường trên Mặt Trăng, với lực hấp dẫn chỉ bằng 1/6 so với Trái Đất, cũng tạo ra những khó khăn riêng. Dầu bôi trơn dễ bay hơi, các bộ phận chuyển động hoạt động không ổn định. Do độ trễ thời gian giữa Trái Đất và Mặt Trăng, việc điều khiển từ xa theo thời gian thực là không khả thi, đòi hỏi khả năng vận hành tự động cao. Ngoài ra, việc nung nóng hàng trăm tấn đất để xử lý nhiệt đòi hỏi một nguồn năng lượng lớn trên bề mặt Mặt Trăng, dù là từ năng lượng mặt trời hay lò phản ứng hạt nhân nhỏ.
Hiện nay, một số công ty khởi nghiệp đang nỗ lực giải quyết những thách thức này. Ví dụ, công ty Interlune ở Mỹ đề xuất phát triển một cỗ máy thu hoạch nhỏ, di động, có khả năng xúc đất mặt, nung nóng từ bên trong và thải đất đã qua xử lý trong khi di chuyển trên bề mặt Mặt Trăng. Mục tiêu của họ là tạo ra một cỗ máy đủ nhẹ để hạ cánh bằng tàu đổ bộ, nhưng vẫn có khả năng xử lý hàng chục đến hàng trăm tấn đất mỗi giờ.
Interlune đã chuyển từ giai đoạn thử nghiệm sang hợp tác phát triển phần cứng, thử nghiệm các hệ thống quy mô nhỏ trong các chuyến bay giảm trọng lực và hợp tác với các nhà sản xuất thiết bị trên Trái Đất để thu nhỏ kích thước máy móc, đáp ứng yêu cầu phóng vào vũ trụ.
Việc tách và tinh chế helium-3 cũng là một trở ngại lớn. Ngay cả khi máy móc thu hoạch có thể giải phóng khí từ lớp đất mặt, việc tách riêng helium-3 khỏi helium-4 và các khí khác ở tỷ lệ khối lượng thấp đòi hỏi các hệ thống đông lạnh hoặc màng lọc phức tạp. Việc tìm ra một giải pháp khả thi để lưu trữ và vận chuyển an toàn helium-3 trở lại Trái Đất càng làm tăng thêm độ khó khăn của nhiệm vụ này.
Bất chấp những thách thức, cuộc đua khai thác helium-3 trên Mặt Trăng đang nóng lên. Giữa năm 2025, Bộ Năng lượng Mỹ công bố hợp đồng mua ba lít helium-3 từ Mặt Trăng, đánh dấu lần đầu tiên một chính phủ mua tài nguyên từ ngoài Trái Đất. Các khách hàng tư nhân như Maybell Quantum và Microsoft cũng đã ký các thỏa thuận tạm thời trong ngành công nghiệp lượng tử và đông lạnh. Các công ty sản xuất tủ lạnh pha loãng và cơ sở hạ tầng lượng tử đang chờ đợi các thỏa thuận cung cấp dài hạn, một khi việc sản xuất helium-3 trên Mặt Trăng trở nên khả thi.
Admin
Nguồn: VnExpress
