Pięć sposobów, w jakie superkomputery NASA przenoszą misje od koncepcji do rzeczywistości
Zaawansowane obliczenia NASA odgrywają kluczową rolę w realizacji wielu misji agencji, od koncepcji do zastosowania w świecie rzeczywistym. Od zwiększania dokładności globalnych prognoz pogody dla jednostek prognostycznych (takich jak NOAA) w celu ostrzegania przed silnymi burzami, po projekty przyszłych taksówek powietrznych, które będą bezpiecznie przewozić ludzi po obszarach miejskich, po testy spadochronów do lądowania statków kosmicznych na Księżycu i innych planetach, nasze zasoby superkomputerowe i eksperci napędzają postęp naukowy i inżynieryjny z korzyścią dla ludzkości. Projekty te i wiele innych będą prezentowane na hybrydowej wystawie agencji podczas SC23, Międzynarodowej Konferencji na temat Obliczeń o Wysokiej Wydajności, Sieci, Przechowywania i Analizy. Tegoroczna konferencja odbędzie się w Denver w dniach 12-17 listopada. Wraz z rozwojem pojazdów miejskiej mobilności powietrznej (UAM), w niedalekiej przyszłości ludzie mogą korzystać z taksówek powietrznych. Naukowcy badający wydajność aerodynamiczną wielu projektów UAM koncentrują się w tym roku na symulacjach, aby przeanalizować, jak te pojazdy zachowują się blisko ziemi. Wiele z koncepcji samolotów UAM agencji ma wirniki, podobnie jak helikoptery. Superkomputery w ośrodku NASA Advanced Supercomputing (NAS) w Centrum Badawczym NASA Ames w Dolinie Krzemowej w Kalifornii przeprowadzają złożone, wierne symulacje obliczeniowej dynamiki płynów, które szczegółowo rejestrują interakcje między wirnikami, innymi elementami pojazdu i powierzchnią ziemi. Symulacje te umożliwiają naukowcom lepsze zrozumienie aerodynamiki pojazdu i przepływu wywołanego przez wirnik wokół pojazdów w celu wykrycia potencjalnie niebezpiecznych obszarów o silnym wietrze i podmuchach. Dane symulacyjne pozwalają zespołowi przewidzieć zmiany w sposobie, w jaki UAM radzą sobie blisko ziemi i zapewnić wytyczne dotyczące bezpiecznego poruszania się załogi i pasażerów w pobliżu pojazdów. Wspólnym paliwem dla silnych burz, tornad i huraganów jest konwekcja - energiczne ruchy atmosfery w górę i w dół, które pionowo transportują ciepło i wilgoć. Operacyjne centra prognozowania pogody zazwyczaj przewidują pogodę w skali konwekcyjnej przy użyciu regionalnych modeli komputerowych o ograniczonym obszarze, ponieważ modele globalne w rozdzielczości konwekcyjnej wymagają zbyt dużej mocy obliczeniowej. Naukowcy z Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt w stanie Maryland dostosowali swój globalny model Goddard Earth Observing System (GEOS) do zastosowania drobniejszej rozdzielczości siatki od 2 do 4 kilometrów (około 1,25 do 2,5 mili) nad kontynentalnymi Stanami Zjednoczonymi. Prognozy GEOS uruchomione na superkomputerze Discover należącym do NASA Center for Climate Simulation (NCCS) i superkomputerze Aitken NAS zwiększają przewidywalność najsilniejszych burz powyżej dwóch dni, jednocześnie lepiej reprezentując lokalne skutki intensywnych opadów, wiatrów i upałów. Trwające symulacje dokładnie śledziły ekstremalne zjawiska pogodowe w 2023 r., w tym huragany Idalia i Lee oraz burzę tropikalną Ophelia. Kapsuły kosmiczne NASA są zaprojektowane tak, aby przetrwać wejście w atmosferę planetarną przy prędkościach hipersonicznych i chronić ładunki - lub ich załogę - przed ekstremalnymi temperaturami występującymi podczas wejścia. Oprócz ciepła, statek kosmiczny może również napotkać niestabilności, gdy jest spowalniany przez opór aerodynamiczny podczas opadania. Aby oszacować i zrozumieć to dodatkowe zagrożenie, naukowcy z NASA Ames wykorzystali należące do agencji superkomputery Pleiades i Electra do symulacji warunków swobodnego lotu kapsuł podczas pełnej trajektorii wejścia na planetę. Te złożone symulacje są wykorzystywane do analizy dynamiki lotu kapsuły i identyfikacji wszelkich zagrożeń, jakie niestabilności mogą stwarzać na późniejszym etapie trajektorii lotu. Wynikowe analizy pomagają inżynierom projektować pojazdy wejściowe do eksploracji planet, pomagając zapewnić sukces programów NASA, w tym Artemis i nadchodzącej misji Dragonfly na największy księżyc Saturna, Tytan. Od momentu założenia agencji w 1958 roku, NASA ma za zadanie szeroko rozpowszechniać informacje o swoich działaniach i wynikach. Jednym z nowych działań NASA w zakresie komunikacji publicznej jest Centrum Informacji o Ziemi (EIC), które prezentuje wizualizacje surowych danych obserwacyjnych i modelowych w zestawie pulpitów nawigacyjnych ułożonych jak Centrum Kontroli Misji NASA dla naszej planety. Instalacja EIC w siedzibie NASA w Waszyngtonie obejmuje wielopanelową hiperścianę do wyświetlania wielkoformatowych animacji otoczonych mniejszymi portalami przedstawiającymi szereg "znaków życiowych" Ziemi. Zróżnicowane źródła danych obejmują symulacje prowadzone na superkomputerze NCCS Discover oraz obserwacje z satelitów i instrumentów naziemnych utrzymywanych przez NASA i partnerów. Od czasu otwarcia pod koniec czerwca 2023 r. EIC przyciągnęło wielu odwiedzających, od dygnitarzy po uczniów szkół podstawowych. Ponadto informacje EIC pomagają decydentom, naukowcom i użytkownikom danych NASA, takim jak rolnicy, właściciele firm i badacze. Naukowcy z inicjatywy NASA Goddard's Distributed Systems Missions pracują nad umożliwieniem misji w głębokim kosmosie, które są adaptowalne i mogą autonomicznie interpretować i reagować na nowo zebrane dane naukowe za pomocą oprogramowania pokładowego "agenta", zamiast czekać na nowe instrukcje z Ziemi na każdym etapie misji. Aby przetestować ten nowy, autonomiczny projekt misji, wybrali Enceladusa, lodowy księżyc Saturna i jeden z najbardziej obiecujących celów do poszukiwania życia w naszym Układzie Słonecznym. W symulowanym scenariuszu misji naukowcy modelowali różne trajektorie i orbity ośmiu małych statków kosmicznych, aby stworzyć pierwszą stabilną konstelację wokół Enceladusa, która zapewniłaby globalne pokrycie księżyca w celu zbierania obserwacji naukowych. Zespół wdrożył autonomicznego pokładowego agenta naukowego do analizy symulowanych danych w czasie rzeczywistym. Agent wykorzystuje wiele modeli uczenia maszynowego do przetwarzania i interpretowania względnych ilości różnych związków wykrytych w lodowych pióropuszach Europy - wskaźników możliwości życia - autonomicznie interpretuje te dane, a następnie podejmuje decyzje wpływające na dalszą analizę lub priorytetową transmisję danych w oparciu o wcześniej zaprogramowane cele misji. Aby obejrzeć ten film, należy włączyć obsługę JavaScript i rozważyć uaktualnienie do przeglądarki internetowej obsługującej wideo HTML5 Więcej informacji na temat superkomputerów NASA High-End Computing można znaleźć na stronie: https://hec.nasa.gov/ Dla mediów: Członkowie mediów zainteresowani opisaniem tego tematu powinni skontaktować się z działem prasowym NASA Ames. Autorzy: Jill Dunbar i Michelle Moyer, Centrum Badawcze NASA Ames, oraz Jarrett Cohen i Sean Keefe, Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
