Gdzie leżą surowce, od których zależy bezpieczeństwo energetyczne, rozwój elektromobilności i tempo transformacji energetycznej? Odpowiedź na to pytanie ma zapewnić AVIRIS-5, czyli zaawansowany spektrometr obrazujący, który swoje możliwości udowodnił już poza Ziemią. Teraz, podwieszony pod skrzydłem samolotu badawczego ER-2, przeczesuje z wysokości około 18 kilometrów rozległe, suche tereny zachodnich stanów USA. To kluczowy element programu GEMx, realizowanego przez NASA i U.S. Geological Survey w ramach szerszej inicjatywy Earth MRI, którego celem jest stworzenie możliwie najdokładniejszej mapy złóż strategicznych minerałów w Stanach Zjednoczonych.
Spektrometr, który widzi więcej niż ludzkie oko
Działanie AVIRIS-5 opiera się na analizie światła odbitego od powierzchni Ziemi. Urządzenie wykrywa unikalne spektralne sygnatury minerałów, działając na podobnej zasadzie, jak identyfikacja po odciskach palców. Każdy rodzaj skały czy minerału odbija promieniowanie słoneczne w charakterystyczny, a tym samym możliwy do rozróżnienia sposób i to nawet z tak dużej wysokości. Precyzja nowej generacji instrumentu jest dwukrotnie wyższa niż jego poprzednika. Rozdzielczość przestrzenna pozwala na rozróżnienie obiektów o wielkości od 30 centymetrów do 10 metrów, co teoretycznie pozwala dostrzec nawet niewielkie geologiczne detale. Każdy lot generuje ogromne, trójwymiarowe zbiory danych, łączące zwykły obraz z informacją spektralną dla każdego pojedynczego piksela.
Czytaj też: Akumulatory litowo-siarkowe były zbyt piękne, by działać. Ten materiał to zmieni
Suchy, w dużej mierze pozbawiony gęstej roślinności obszar zachodnich Stanów Zjednoczonych stanowi idealne pole do popisu dla tej technologii. Od 2023 roku zespół zebrał dane z obszaru przekraczającego 950 tysięcy kilometrów kwadratowych, a sam sensor w 2025 roku nagromadził już ponad 200 godzin lotów. Pierwsze efekty tych prac już są widoczne i pokazują potencjał całego przedsięwzięcia. Jednym z wczesnych sukcesów było zidentyfikowanie rzadko występującej gliny zawierającej lit w hałdach odpadów po dawnej kalifornijskiej kopalni. Jest to cenna wskazówka, że wiele potencjalnie wartościowych złóż może wciąż czaić się w miejscach uznawanych dawno za wyeksploatowane.
Jak zapewne słyszeliście już nie raz, lit jest bardzo cenny. Znajduje się na liście około 50 minerałów uznawanych przez USGS za krytyczne dla bezpieczeństwa narodowego i gospodarki. Zapotrzebowanie na niego gwałtownie rośnie i jest napędzane przez boom na samochody elektryczne oraz systemy magazynowania energii, co czyni go strategicznym surowcem. Program GEMx, stanowiący element szerszej inicjatywy Earth MRI, stawia sobie za cel nie tylko odnajdywanie nowych zasobów w niezbadanych rejonach, ale także ponowną ocenę starych, opuszczonych złóż pod kątem obecności innych, poszukiwanych dziś pierwiastków. Trzecim, równie ważnym filarem projektu jest monitorowanie środowiska, a w tym wykrywanie takich zagrożeń jak kwaśny drenaż kopalniany.
Z kosmosu na Ziemię. Technologia sprawdzona na innych planetach
Historia spektrometrów obrazujących NASA sięga końca lat 70. ubiegłego wieku. Opracowana w Jet Propulsion Laboratory technologia odwiedziła praktycznie każde większe skaliste ciało w Układzie Słonecznym. Do jej spektakularnych osiągnięć należy choćby odkrycie cząsteczek wody na Księżycu w 2009 roku, którego dane wciąż napędzają program Artemis. Podobne instrumenty badały Merkurego, Marsa, a nawet Plutona i Tytana, a wkrótce polecą też w kierunku Europy, lodowego księżyca Jowisza.
Czytaj też: Chińska chemia chce przejąć akumulatory przyszłości. Tinci właśnie zgarnęło 8 kluczowych patentów
Teraz ta sama, wielokrotnie przetestowana w ekstremalnych warunkach technologia, wraca do korzeni. Inżynierowie z JPL nieustannie ją udoskonalają, wykorzystując zaawansowane komponenty optyczne i materiały, takie jak tzw. czarny krzem, czyli jeden z najciemniejszych materiałów na Ziemi, który niemal całkowicie eliminuje światło rozproszone, zwiększając tym samym precyzję pomiarów. AVIRIS-5 jest szczytowym osiągnięciem tej ewolucji, a jego poprzednicy mierzyli się już z tak różnorodnymi zadaniami, jak analiza chmur wulkanicznych czy ocena zniszczeń po atakach z 11 września.
Wykorzystanie tego typu sprzętu może istotnie zmienić sposób, w jaki państwa i firmy myślą o poszukiwaniu surowców. Zamiast wysyłać w teren kolejne zespoły geologów z klasycznym sprzętem, można najpierw zawęzić obszar zainteresowania na podstawie szczegółowych danych z powietrza, a dopiero potem prowadzić wiercenia oraz dokładniejsze badania. Ogranicza to koszty, przyspiesza prace poszukiwawcze i zmniejsza liczbę miejsc, w których ingerujemy w środowisko “na wszelki wypadek”. Jednocześnie rośnie znaczenie analizy danych, bo zebrane przez AVIRIS-5 trójwymiarowe kostki spektralne wymagają zaawansowanych algorytmów i mocy obliczeniowej, aby zamienić je w praktyczne wnioski dla geologów i decydentów.
Perspektywy i realne wyzwania GEMx
Czteroletni program GEMx jest dobrym przykładem tego, jak technologie rodem z eksploracji kosmosu mogą zostać wykorzystane do bardzo przyziemnych, ale kluczowych zadań. Mapowanie surowców z powietrza z dokładnością pozwalającą dostrzec geologiczne szczegóły na poziomie pojedynczych metrów to jakościowy skok w porównaniu z tradycyjnymi metodami. Dzięki temu łatwiej rozdzielić miejsca, w których eksploatacja może mieć sens, od tych, gdzie koszty środowiskowe czy ekonomiczne byłyby zbyt wysokie.
Czytaj też: Siedem gigantów fotowoltaiki śledzi ten projekt. Może zmienić cały rynek fotowoltaiczny
Nie zmienia to faktu, że sama technologia nie rozwiąże najtrudniejszych dylematów. Nawet najlepiej zmapowane złoże pozostaje jedynie potencjałem, który trzeba zestawić z lokalnymi społecznościami, ochroną przyrody, dostępem do wody i całym katalogiem regulacji. W nadchodzących latach spór nie będzie dotyczył wyłącznie tego, “czy” dane złoże istnieje, ale przede wszystkim “jak” i “czy w ogóle” warto po nie sięgnąć. AVIRIS-5 i GEMx mogą podnieść jakość debaty, dostarczając twardych danych zamiast intuicji i ogólnych szacunków.
Jeśli projekt zakończy się zgodnie z planem, Stany Zjednoczone zyskają coś więcej niż kolejną bazę danych – otrzymają dynamiczną, stale aktualizowaną mapę surowcowego zaplecza kraju. Taka wiedza będzie miała znaczenie nie tylko dla planowania polityki energetycznej i przemysłowej, ale także dla badań klimatu, zarządzania wodą czy oceny ryzyka pożarowego. W pewnym sensie AVIRIS-5 zamyka więc pewien krąg: technologie, które pomogły nam zrozumieć inne światy, wracają, by pomóc lepiej zrozumieć własną planetę i bardziej odpowiedzialnie z niej korzystać.