Предложения по добыче гелия-3 из лунного грунта для наземной термоядерной энергетики содержатся в ряде работ, однако наиболее подробно они изложены в работах, проводимых в Висконсинском университете США.

В для добычи ³Не предполагается обрабатывать грунт, содержащий максимальное количество гелия, т.е. грунты с большим количеством ильменита FeTi0₃. Такие грунты расположены в районе Моря Спокойствия, области близкой к Лунному экватору. Однако анализ фотографий поверхности отдельных участков Моря Спокойствия, наиболее богатых ильменитом, показал достаточно большое количество кратеров, окруженных выбросами крупного обломочного материала и камней. Для обеспечения более благоприятной работы добывающих агрегатов целесообразно перерабатывать грунт, не содержащий крупноформатный обломочный материал. Участки квадратной формы, размером 300×300 м², свободные от такого материала, занимают до 80% площади областей Моря Спокойствия, богатых ильменитом. Исходя из этого, предложено разделить всю обрабатываемую поверхность на смежные участки площадью порядка 300×300 м². Концентрация газов (г/т) в морском реголите следующая: Не³— 9х10³(8,1х10³), Не⁴— 30 (27), Н₂— 50-60 (50), С — 142-226 (166), N₂— 102-153 (115) (в скобках — концентрация в зернах, меньших 50 мкм).

Подвижный лунный добывающий агрегат массой 18 т добывает грунт, образуя траншею шириной Ими глубиной до 3 м, отделяет мелкую фракцию грунта, размером менее 50 мкм, нагревает ее до 700°С, собирает выделившийся газ в баллон высокого давления и передает собранный в баллон газ для дальнейшей обработки. Выемка грунта производится роторным ковшовым агрегатом, размещенным на поворачивающейся стреле добывающего агрегата с углом поворота стрелы 120°. Грунт подается конвейером на устройство разделения, в котором частицы размером более 50 мкм удаляются из процесса обработки и сразу выбрасываются обратно в траншею. Частицы размером менее 50 мкм транспортируются конвейером в зону нагрева. При нагреве до 700°С из грунта извлекается до 90% содержащихся в нем газов.

Для увеличения эффективности тепловой обработки применяется рекуперация тепловой энергии из обработанного грунта с помощью тепловых труб.

Нагрев грунта осуществляется солнечной энергией, собираемой подвижным первичным зеркалом диаметром 110 м, и принимаемой на подвижном агрегате вторичным зеркалом, диаметром 10 м. Движение агрегата по обрабатываемой поверхности отслеживается обоими зеркалами. Вторичное зеркало передает энергию в приемник, где происходите ее равномерное распределение по теплообменной поверхности с помощью дополнительных зеркал и тепловых труб. Греющие тепловые трубы имеют общую для всех зону испарения, совмещенную с поверхностью для приема солнечной энергии, рабочее тело — натрий.

Газы, выделившиеся при тепловой обработке, собираются в баллон высокого давления, где хранятся при давлении до 150 атм до полного заполнения баллона. Повышение давления проводится шестиступенчатым компрессором с промежуточным охлаждением газа между ступенями сжатия. Затраты энергии на сжатие составляют 160 кВт. Баллоны оборудованы палладиевыми мембранами, работающими при температуре 350-400°С, для отделения водорода от остальных компонентов смеси. По окончании заполнения, баллон транспортируется к устройству разделения газовых компонентов.