De la explorarea sistemului solar și a spațiului cosmic până la îmbunătățirea vieții aici pe Pământ, viteza de calcul este vitală pentru misiunile NASA. Agenția va găzdui o expoziție virtuală pentru a prezenta modul în care aceste calculatoare puternice permit progresele științei și ingineriei în timpul Conferinței internaționale pentru calcul de înaltă performanță, rețele, stocare și analiză. Conferința din acest an are loc atât în St. Louis, cât și practic în perioada 14-19 noiembrie 2021.
Iată șase lucruri pe care trebuie să le cunoașteți despre proiectele de cercetare în domeniul supercalculatoarelor NASA:
1. Supercomputerele duc la proiecte de avioane ecologice, complet electrice
X-57 Maxwell de la NASA este un avion experimental revoluționar conceput pentru a demonstra că un avion complet electric poate fi mai eficient, mai silențios și mai prietenos cu mediul decât cele propulsate de motoarele tradiționale cu piston pe gaz. X-57 folosește un sistem unic de propulsie electrică distribuită, sau DEP, care include 12 elice alimentate electric pentru o ridicare suplimentară la decolare și aterizare. NASA a creat o bază de date aerodinamică de dinamică computerizată a fluidelor sau CFD pentru un simulator pilotat, evaluări de navigabilitate și analize de siguranță înainte de primul zbor. Inginerii aerospațiali de la Centrul de Cercetare Langley al NASA din Hampton, Virginia folosesc supercomputerul Pleiades de la instalația NASA Advanced Supercomputing, sau NAS, de la Centrul de Cercetare Ames al agenției din Silicon Valley din California pentru a-și efectua CFD-ul. În acest an, cercetătorii și-au concentrat simulările pe determinarea impactului defecțiunilor motoarelor DEP, care sunt utilizate în simulatoare, astfel încât piloții de testare să se poată pregăti pentru posibilitatea defecțiunilor sistemului în timpul testelor de zbor reale X-57. Această activitate va avea un impact direct asupra siguranței zborului în timpul testelor de zbor reale și, în cele din urmă, asupra vieții pilotului.
2. Simulările masive ajută la menținerea în siguranță a astronauților
Cu prima misiune Artemis a NASA programată să decoleze în 2022, inginerii și cercetătorii din cadrul agenției lucrează în mod constant pentru a asigura siguranța și succesul misiunilor care vor folosi Sistemul de lansare spațială al NASA, sau SLS, și modulul echipajului Orion. Pentru a sprijini misiunile viitoare de la Complexul de Lansare 39B de la Centrul Spațial Kennedy al NASA, inginerii de la instalația NAS au dezvoltat o nouă abordare CFD pentru a simula cu precizie mediul de lansare, inclusiv sistemul său de suprimare a sunetului pe bază de apă, pentru a estima încărcările acustice în timpul decolării – un pas necesar. pentru proiectarea și certificarea vehiculelor și instrumentelor de zbor ale agenției. În același timp, inginerii de la Centrul de zbor spațial Marshall al NASA din Huntsville, Alabama execută simulări pe supercomputerele NASA pentru a înțelege și prezice mai bine aspectele non-acustice ale mediului de decolare SLS – în special, modul în care rachetele de amplificare solide vor interacționa cu suprimarea sunetului pe bază de apă, sistem la aprindere, care poate crea forțe de presiune mari, dar de scurtă durată. Orion are, de asemenea, o gamă largă de sisteme de siguranță, inclusiv un sistem de ultimă generație pentru anularea lansării, care poate trage rapid astronauții în siguranță în caz de urgență. O echipă de la NASA folosește simulări detaliate de rezolvare a turbulențelor pentru a înțelege modul în care declanșarea motorului de întrerupere a sistemului poate afecta modulul echipajului pentru scenarii de întrerupere care nu au fost testate în zbor – de exemplu, un scenariu de avort la altitudine mare, aproape hipersonică la marginea Atmosfera Pământului.
3. Prognozele secetei și inundațiilor ajută la răspunsurile la crizele legate de apă și securitatea alimentară
Pentru milioane de africani, secetele și inundațiile le afectează nu numai mijloacele de trai, ci și viața însăși atunci când apa și hrana devin rare. Agențiile guvernamentale și organizațiile de ajutorare se bazează pe sisteme de avertizare timpurie pentru a ajuta rezidenții să facă față evenimentelor extreme sau prelungite. Oamenii de știință în domeniul apei de la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA din Greenbelt, Maryland au combinat modele computerizate și date de observație în Sistemul de prognoză și analiză hidrologică al NASA sau NHyFAS. NHyFAS produce previziuni lunare privind potențialul de secetă și inundații pentru Africa și Orientul Mijlociu. Deoarece rulează mai multe modele de suprafață terestră într-un ansamblu, NHyFAS necesită puterea de procesare a supercomputerului Discover operat de Centrul NASA pentru Simulare Climatică, sau NCCS, de la NASA Goddard. Din NCCS DataPortal, produsele de prognoză NHyFAS merg direct către analiștii de securitate alimentară care lucrează cu Rețeaua de sisteme de avertizare timpurie a Agenției SUA pentru Dezvoltare Internațională privind foametea pentru a informa răspunsul umanitar.
4. Simulările cu rezoluție ultra-înaltă ajută oamenii de știință să studieze impactul schimbărilor climatice
În ultimii câțiva ani, resursele de supercalculare NASA au revoluționat știința Pământului, permițând simulări globale din ce în ce mai realiste ale atmosferei și oceanului, folosind două modele emblematice de asimilare a datelor NASA – Goddard Earth Observing System și Estimating the Circulation and Climate of the Ocean. Acum, cercetătorii au combinat aceste modele pentru a produce o simulare de înaltă rezoluție a interacțiunilor aer-mare de pe tot globul. Analizând rezultatele utilizând instrumente avansate de vizualizare dezvoltate de experți de la instalația NAS, oamenii de știință obțin o înțelegere mai profundă a modului în care atmosfera și oceanul interacționează și modul în care această interacțiune influențează urmele furtunilor, turbulențele oceanice și curenții ecuatoriali. De asemenea, informațiile obținute îi vor ajuta pe cercetători să proiecteze viitoare misiuni de observare a Pământului prin satelit. A afla mai multe despre modul în care toate aceste procese complexe funcționează împreună ne ajută să înțelegem clima și vremea planetei noastre și cum se schimbă ambele.
5. Simulările uluitoare vă permit să zburați prin galaxia noastră în realitate virtuală
Observatorul de raze X Chandra de la NASA a petrecut aproape trei luni privind gaura neagră supermasivă din mijlocul Căii Lactee, dezvăluind un rezervor din apropiere de gaz extrem de fierbinte. Pentru a explica observațiile, o echipă de cercetători universitari a dezvoltat și a rulat modele ale centrului galaxiei noastre pe supercomputerul Pleiade, simulând evoluția găurii negre și a celor 25 de stele cheie care o orbitează. Simulările arată cum stelele aruncă materiale care curg supersonic în spațiu până când se ciocnesc. Șocurile care au urmat creează gazul fierbinte pe care îl vede Chandra. Modelul se potrivește îndeaproape cu observațiile, dând cercetătorilor încredere că aceste caracteristici neobservabile din simulare sunt pe drumul cel bun. Pentru a-și prezenta rezultatele, echipa a creat aplicația Galactic Center VR, care include gaura neagră, stele, vânturile stelare ejectate și emisii de raze X. Utilizatorii pot avansa sau înapoi în timp peste 500 de ani de evoluție și pot întrerupe simularea pentru a obține o vedere în profunzime.
6. Inovațiile în calcul extind cercetarea și îmbunătățesc colaborarea
Printre aceste inovații se numără și Facilitatea de Supercomputing Modulară a NASA, gestionată de Divizia NAS din Ames, care utilizează un design conștient de mediu și extensibil pentru a oferi eficiență energetică și economii de costuri. Divizia NAS își extinde, de asemenea, cercetările în domeniul învățării automate pentru a ajuta la îmbunătățirea procesării unor cantități mari de date de la instrumentele terestre și spațiale și pentru a explora progresele în domenii precum recunoașterea modelelor și detectarea anomaliilor – construind instrumente care vor ajuta NASA în moduri fără precedent în misiunile viitoare. Un alt sistem inovator este Science Managed Cloud Environment, sau SMCE, creat recent de inginerii de la NASA Goddard. Echipa SMCE și colaboratorii au dezvoltat Sistemul de Informații Pământului NASA sau EIS: o capacitate de calcul flexibilă, cu răspuns rapid, care valorifică versatilitatea Amazon Web Services Cloud pentru a crea un mediu colaborativ, Open Science. EIS furnizează produse gata de analiză pentru a fi utilizate de oameni de știință și non-oameni de știință deopotrivă, cu studii pilot axate pe foc, apă dulce și schimbarea nivelului mării. Pentru mai multe informații despre expoziția virtuală a NASA la Conferința Internațională pentru Calcul de înaltă Performanță, Rețele, Stocare și Analiză, vizitați: https://www.nas.nasa.gov/sc21
Jurnal FM 
