2022年《科学》杂志刊文“ A shortage of tritium fuel may leave fusion energy with an empty tank”，报道了地球上用于核聚变的氚燃料正面临严重短缺，而另外一种可用于核聚变的氦-3燃料在月球土壤中的储量可达数百万吨。以此为契机，近日深圳大学高等研究院和深空与深地学科交叉研究中心（双深中心）基于嫦娥三号巡视器上的探月雷达数据率先报道了着陆区月球土壤内氦-3资源的储量，为研究浅层原位月球土壤资源储备的估算提供了思路，并从经济角度探讨了月球氦-3燃料代替氚燃料的可能性，也为日后月表资源开采提供了可靠的依据。

研究团队以题为《Moon-Based Ground Penetrating Radar Derivation of the Helium-3 Reservoir in the Regolith at the Chang’E-3 Landing Site》的研究成果发表于行星遥感领域权威期刊IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing（JCR-Q2；影响因子：4.734）之上。深圳大学高等研究院为第一完成单位；嫦娥四号任务科学研究核心团队成员、高等研究院丁春雨研究员为第一作者和共同通讯作者；土木工程学院黄少鹏教授为共同通讯作者，深圳大学李清泉教授、国家天文台苏彦研究员以及国家航天局探月与航天工程中心高级工程师李佳威博士等为合作者。

图1. 嫦娥三号月球雨海着陆区和玉兔号月球车行进路线图

嫦娥三号任务是我国探月工程既定“绕、落、回”三部曲战略中“落”月任务，嫦娥三号探测器着陆于月球正面雨海地区的东北部，成为我国首个实现地外天体软着陆的探测器（图1）。月球车搭载的探月雷达为研究着陆区域地下结构提供了宝贵的观测数据。本研究通过高频雷达数据计算了着陆区月球土壤厚度的分布，再根据实际月球土壤样品中氦-3含量与TiO2之间的关系，结合嫦娥三号探测到的着陆点月表下的物理特性，计算得到氦-3的含量。研究表明，嫦娥三号着陆区域约445平方米内月球土壤所蕴藏的氦-3含量为~37-51 克（图2），单位面积内氦-3含量约高于全月球平均值的五倍。同时，本文也估算了开采得到1克月球氦-3的成本最多约为1万美元，假设氦-3燃料代替氚燃料（目前氚燃料的价格为3万美元/克），未来开采月球氦-3资源将具有一定的经济效益。

图2 嫦娥三号着陆区月球土壤内部氦-3储量的分布情况

本研究得到了国家自然科学基金“月球与深空探测科学研究”专项 (No.42241139)、青年项目(No.42004099)、中国科学院月球与深空探测重点实验室项目(No. LDSE202005)和深圳市发改委“月基探测研究设备购置”项目(No.2106-440300-04-03-901272)等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1109/JSTARS.2023.3253499