3141 11

Суперкомпьютер Summit симулирует «торможение» при посадке на Марс

Транспортный корабль, который будет перевозить людей на Красную планету, будет выглядеть как «двухэтажный дом, который вы пытаетесь посадить на другой планете. Тепловой экран в передней части корабля составляет чуть более 16 метров в диаметре, а само транспортное средство при посадке весит десятки тонн. Это очень много», - говорит Эшли Корзун, инженер-исследователь аэрокосмической техники в исследовательском центре Лэнгли НАСА.

Корабль для исследования планеты человеком будет весить значительно больше, чем знакомые нам роверы размером с автомобиль, такие как Curiosity, который успешно совершил посадку на поверхности планеты с помощью парашюта.

«Вы не можете использовать парашюты для посадки очень больших грузов на поверхности Марса», - сказал Корзун. «Вы должны сделать что-то еще».

НАСА планирует что люди отправятся на Марс к середине-концу 2030-х годов, так что инженеры уже некоторое время работали над задачей посадки. Теперь у них есть многообещающее решение в области замедления скорости снижения с помощью привода от двигателя.

«Вместо того, чтобы толкать вас вперед, реактивные двигатели замедляют вас, как тормоза», - сказал Корзун.

Возглавляемая Эриком Нильсеном, старшим научным сотрудником НАСА Лэнгли, группа ученых и инженеров, включая Корзуна, использует Summit, самый быстрый в мире суперкомпьютер в Национальной лаборатории Окленд Ридж (ORNL), для моделирования торможения при высадке людей на Марсе.

«Мы можем продемонстрировать довольно революционную производительность на Summit по сравнению с тем, к чему мы привыкли с традиционным вычислительным подходом», - сказал Нильсен.

Команда использует свое программное обеспечение под названием FUN3D для моделирования спуска транспортного средства на Марс. Приложение использует большие системы уравнений для моделирования мелкомасштабных взаимодействий жидкостей и газов во время турбулентности - в нашем случае, чтобы соединить аэродинамические эффекты, создаваемые транспортным кораблем и атмосферой Марса.

«FUN3D и сами вычислительные возможности полностью изменили игру, что позволило нам продвинуться вперед в разработке технологий посадки, которая может использоваться на Земле, Луне и Марсе», - сказал Корзун.

Курс на посадку

НАСА уже успешно посадило восемь кораблей на Марсе, включая мобильные научные лаборатории, оснащенные камерами, датчиками и устройствами связи, так что ученые уже знакомы с проблемами при посадке на планету.

Марсианская атмосфера примерно в 100 раз тоньше (менее плотная), чем атмосфера Земли, что приводит к быстрому спуску с орбиты - примерно шесть-семь минут, вместо 35-40 минут при посадке на Землю.

«Мы не можем сопоставить всю необходимую физику в наземных или летных испытаниях на Земле, поэтому мы очень зависимы от вычислительных возможностей», - сказал Корзун. «Это действительно первая возможность - на этом уровне точности и разрешения мы смогли увидеть, что происходит с кораблем, когда он тормозит с включенными тормозными двигателями».

Во время такого спуска корабль чувствителен к большим колебаниям из-за аэродинамических сил, которые могут повлиять на характеристики двигателя и способность экипажа контролировать посадку в выбранном месте.

Команде нужен мощный суперкомпьютер, такой как Summit на 200 петафлоп, чтобы имитировать весь цикл посадки корабля в различных атмосферных условиях.

Чтобы предсказать, что произойдет в марсианской атмосфере, и как следует проектировать и контролировать двигатели для безопасности экипажа и миссии, исследователям необходимо исследовать турбулентные потоки в больших масштабах времени. Чтобы точно воспроизвести эти условия, команда должна смоделировать размеры спускаемого аппарата и его двигателей, местные атмосферные условия и условия работы двигателей вдоль траектории спуска.

На Summit команда моделирует посадочный аппарат в нескольких вариантах посадки. «Одним из основных преимуществ Summit для нас является абсолютная скорость машины», - сказал Нильсен.

Небесная скорость

Команда Нильсена потратила несколько лет на оптимизацию FUN3D - кода, который несколько десятилетий совершенствовал аэродинамическое моделирование. Используя скорость графических процессоров Summit, команда Нильсена сообщает о 35-кратном увеличении производительности на вычислительный узел.

«Обычно мы ждем от пяти до шести месяцев, чтобы получить ответ, на Summit мы получаем эти ответы примерно через четыре-пять дней», - сказал он. «Кроме того, Summit позволяет нам выполнять пять или шесть таких симуляций одновременно, в конечном итоге сокращая время выполнения работ с двух-трех лет до рабочей недели».

«Визуализация очень важна для возможностей Summit, что позволило нам охватить как очень маленькие, так и действительно большие структуры потоков», - сказал Корзун. «Я вижу, что происходит прямо на выходе из сопла ракетного двигателя, а также на десятки метров вперед в направлении движения корабля».

«Несмотря на то, что мы возвращаемся на Луну, долгосрочной целью НАСА является исследование человеком поверхности Марса. Эти результаты являются информативными испытаниями, такими как испытания в аэродинамической трубе, которые мы проведем в ближайшие пару лет, сказал Корзун. «Так что эти данные будут полезны в течение очень долгого времени».

(Добавил: RoboAstroNews)

Поддержи AstroNews           Читайте AstroNews в Яндекс.Дзен