08:37 2024-04-16 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Sprijinirea viitorului explorării lui Marte cu ajutorul supercalculatoarelor

_ Sprijinirea viitorului explorării lui Marte cu supercalculatoare

Este posibil să fi zburat cu un simulator de zbor într-un joc pe calculator sau la un muzeu de știință. Aterizarea fără să se prăbușească este întotdeauna partea cea mai grea. Dar asta nu este nimic în comparație cu provocarea cu care se confruntă inginerii de a dezvolta o simulare de zbor a vehiculelor foarte mari necesare oamenilor pentru a explora suprafața lui Marte. Planeta Roșie ridică nenumărate provocări pentru astronauți, dintre care nu în ultimul rând este să ajungă acolo.

Acolo intervin supercomputerele pentru utilizatori ale Departamentului de Energie Office of Science. Cercetătorii de la Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF) al DOE ) lucrează cu inginerii și oamenii de știință de la NASA pentru a simula procesul de încetinire a unei nave spațiale uriașe pe măsură ce se deplasează către suprafața lui Marte.

Aterizarea navei spațiale pe Marte nu este nouă pentru NASA. Agenția și-a desfășurat primele misiuni pe planetă în 1976 cu proiectul Viking. De atunci, NASA a efectuat cu succes opt aterizări suplimentare pe Marte.

Ceea ce face acest obiectiv diferit este faptul că este mult mai dificil să aterizezi navele spațiale uriașe necesare explorării umane decât cele pentru misiunile robotice. Vehiculele robotizate folosesc parașute pentru a decelera prin atmosfera lui Marte. Dar o navă spațială care transportă oameni va fi de aproximativ 20 până la 50 de ori mai grea.

Un vehicul atât de mare pur și simplu nu poate folosi parașute. În schimb, NASA va trebui să se bazeze pe retro-propulsie. Această tehnologie folosește rachete care trag înainte pentru a încetini vehiculul pe măsură ce se apropie de suprafață.

O serie de provocări vin cu utilizarea propulsiei retro. Evacuarea motorului rachetă de înaltă energie interacționează atât cu vehiculul, cât și cu atmosfera marțiană. Această dinamică schimbă modul în care echipa trebuie să ghideze și să controleze vehiculul. În plus, inginerii nu pot replica pe deplin modul în care un zbor pe Marte ar merge pe Pământ. Deși pot testa nave spațiale în tunelurile de vânt și pot folosi alte instrumente, acele instrumente nu sunt un înlocuitor perfect sau un analog direct pentru mediul marțian.

Pentru a completa golurile, NASA a apelat la supercalculatoarele OLCF și la acestea. informaticieni experți. În teorie, programele care rulează pe supercomputere ar putea simula pe deplin mediul marțian și multe dintre fizicele complexe asociate cu utilizarea retropropulsiunii.

Echipa de proiect s-a bazat pe FUN3D, o suită de instrumente software de lungă durată care modelează modul în care fluidele – inclusiv aerul – se deplasează. Inginerii au creat prima versiune a codului la sfârșitul anilor 1980 și au adus continuu îmbunătățiri majore de atunci. Agențiile și companiile din aeronautică și tehnologia spațială l-au folosit pentru a face față provocărilor majore.

Efortul actual de pe Marte a început în 2019 la Summit, cel mai rapid computer al OLCF la acea vreme. Simulările inițiale au presupus condiții fixe. Au simulat doar un punct de-a lungul traiectoriei vehiculului. Aceste versiuni timpurii le-au permis oamenilor de știință să evalueze impactul vitezei de zbor, setărilor motorului și multe altele. Evoluțiile ulterioare au permis inginerilor să exploreze efectele reale ale gazelor.

Aceștia ar putea explica motoarele de rachete cu oxigen lichid și metan și atmosfera marțiană grea în dioxid de carbon. Chiar și aceste simulări timpurii au dus, de obicei, la seturi de date de mărimea unui petabyte. Ar fi nevoie de aproximativ 1.000 de computere puternice de acasă pentru a stoca un singur petabyte. Dar nici măcar acestea nu erau simulări complete — acest lucru nu a fost încă posibil.

Următorul pas a fost încorporarea unei piese complet noi de software în simulare – Programul de optimizare a traiectoriilor simulate (POST2). NASA a dezvoltat POST2 pentru a analiza mecanica zborului pentru o gamă largă de aplicații. În timp ce simulările inițiale se bazau pe condiții statice, POST2 a permis oamenilor de știință să „zboare” în mod dinamic vehiculul în simulare. Echipa a angajat cercetători de la Laboratorul de proiectare a sistemelor aerospațiale de la Georgia Tech.

Au dezvoltat anterior strategii unice pentru a cupla POST2 cu simulări aerodinamice de înaltă fidelitate. Încorporarea POST2 a necesitat și inginerilor să schimbe fluxul de lucru al proiectului. Utilizarea software-ului a fost limitată la sistemele de calcul NASA din motive de securitate. Ca atare, echipa trebuia să se asigure că sistemele NASA pot comunica fără probleme cu Summit la OLCF.

Rezolvarea problemelor legate de firewall-uri, întreruperi ale rețelei și alte programe a necesitat un an întreg de planificare pentru echipele de securitate cibernetică și de administrare a sistemului. la ambele facilități!

Cel mai recent progres a implicat mutarea întregii simulări la cel mai nou și mai puternic computer de la OLCF—Frontier. Primul computer exascale din lume, Frontier este mult mai puternic decât supercalculatoarele anterioare. Cu o serie de alergări coordonate pe o perioadă de două săptămâni, echipa a efectuat cea mai elaborată simulare de zbor de până acum.

A fost o coborâre în buclă închisă de 35 de secunde de la 5 mile altitudine la aproximativ 0,6 mile. Simularea a încetinit vehiculul de la 1.200 mile pe oră la aproximativ 450 mile pe oră. POST2 a reușit să controleze în mod autonom vehiculul într-un mod stabil, folosind cele opt motoare principale și cele patru module de sistem de control al reacției.

Cu puterea imensă oferită de Frontier la OLCF, inginerii NASA avansează pentru a aborda noi frontiere în călătoriile în spațiu.

(Fluierul)

Inapoi