定位太空 NASA“昴宿星”超算正在做什么?

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而在我们的家园——地球上,在美国加利福尼亚州NASA艾姆斯研究中心里,有着一部名为“昴宿星”的超级计算机……

上周9月6日,美国国家航空航天局(NASA)公布了人类110年来的太空航行照片。笔者虽不是一名天文爱好者,更谈不了太多有关宇宙,太空科学等等,只是看着这些照片,暗暗有些激动。面对地球日益恶化的环境,大部分国家都有所动作,可整体上的恶化趋势却没有多大改观。近年来,许多物种都面临着灭亡的威胁。就在上个月,著名的科学家,有“在世的爱因斯坦”之称的斯蒂芬霍金在接受采访时表示。“留给人类移民去外太空的时间只有200年了,否则人类会和地球一同毁灭。”

为此,小编带着沉重的心情渴望找寻这最后的一线生机。(反正船票我是买不起了,过过眼瘾解解馋吧)

月球足迹
月球上的人类足迹

看看远在西半球的NASA在做些什么……

昴宿星
昴宿星团

昴宿星团,简称昴星团,又称七姊妹星团,梅西尔星云星团表编号M45,是一个大而明亮的疏散星团,位于金牛座,裸眼就可以轻易的看见,肉眼通常见到有六颗亮星。昴星团的视直径约2°,形成斗状。成员星数在200个以上,是一个很年轻的星团。昴星团也是一个移动星团。

昴宿星团的云气是最接近地球的星云之一,并且可能是最著名的。

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“昴宿星”超级计算机

而在我们的家园——地球上,在美国加利福尼亚州NASA艾姆斯研究中心里,同样也有着一部名为“昴宿星”的超级计算机。

昴星超级计算机
昴星Pleiades超级计算机

Pleiades超级计算机由SGI公司基于英特尔至强打造,由4核Harpertown 3.0Ghz和6核Westmere 2.93Ghz构成,网络连接架构是infiniband方式。内核数为81920个,理论运算峰值速度973291GFLOPS,实测运算速度772700GFLOPS。(TOP500运算速度排名世界第6)

NASA总部
NASA总部航拍图

NASA是美国联邦政府的一个政府机构,负责美国的太空计划。1958年7月29日,艾森豪威尔总统签署了《美国公共法案85-568》(United States Public Law 85-568,即《美国国家航空暨太空法案》),创立了NASA。1958年10月1日NASA正式成立。总部位于华盛顿哥伦比亚特区。当时所有国防部之下非军事火箭及太空计划在总统行政命令下一起归入NASA,以及美国全部科学卫星计划。NASA被广泛认为是世界范围内太空机构的领头羊。

NASA的使命和愿景是“改善这里的生命,把生命延伸到那里,在更远处找到别的生命(To Improve life here,To extend life to there,To find life beyond)”。NASA的目标是“理解并保护我们赖以生存的行星;探索宇宙,找到地球外的生命;启示我们的下一代去探索宇宙(To understand and protect our home planet,To explore the Universe and search for life,To inspire the next generation of explorers)”。 

时至今日,NASA有近两万名员工,分别从事着航空航天探索与开发、空间科学、生物与物理研究、地球科学。每年的研究经费超过150亿美元,在2009年的研究经费已近190亿美金。在已经披露的超级计算机Pleiades“昴星”的运行项目中,“昴星”在NASA扮演着极其重要的角色。 

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Cart 3D

Cart 3D
Cart 3D:模拟预测一个泡沫翻滚上升过程中释放一块碎片的轨迹(颜色代表不同压力)

Cart3D是高保真无粘的气动设计概念和初步分析软件包。它可以让用户自动执行复杂的几何计算流体动力学分析。

Cart3D目前在NASA的太空飞船回归中扮演不可或缺的角色,从翻滚的泡沫碎片和其他来源的模拟,生成并使用Cart3D,正被用于评估这些碎片的威胁,脱落造成的航天飞机运载火箭的各种要素。

哥伦比亚号
成为记忆的哥伦比亚号太空船

美国“哥伦比亚”号航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷,是造成整起事故的祸首。“哥伦比亚”号航天飞机事故调查委员会公布的调查报告称,外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名为“增强碳碳”(即增强碳-碳隔热板)的材料。当航天飞机返回时,经过大气层,产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部结构,致使机翼和机体融化,导致了悲剧的发生。

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七位为太空事业献出生命的宇航员

全世界都不会忘记2003年2月1日“哥伦比亚号”太空船的悲剧,为此更需要进行更多的模拟计算来保证宇航员的安全。

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Debris

火箭残骸
模拟航空飞机发射升空过程中大量的碎片

该软件包是计算飞机碎片轨迹的方案,用于检测飞机的任何部分的残骸碎片可能造成的影响,并筛选、排序和管理碎片的影响。

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评估环流和海洋研讨会——Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO)

模拟近地表流速和海冰覆盖
模拟近地表流速和海冰覆盖说明了全球海洋和海冰环流巨大的复杂性 

评估环流和海洋研讨会(ECCO气候),此应用程序涉及美国航空航天局的喷气推进实验室(JPL)的框架内大规模,高清晰度海洋建模和分析,有美国麻省理工学院(MIT)和斯克里普斯海洋研究所共同参与。

喷气推进实验室
喷气推进实验室

美国宇航局先进的超级计算部门——喷气推进实验室,麻省理工学院的研究人员合作,大大加快了全球涡流解决海洋和海冰再分析的发展。时间演变的海洋和海冰环流预估,如海平面大气环流模式、海冰范围,及水文概况。科学家们利用这些,全海洋环流概算深入了解海流和海冰气候影响,以研究空气在海上交汇,改善季节性和长期气候预测,以及许多其他应用。

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美国航天局有限体积环流模型——The NASA Finite Volume General Circulation Model (fvGCM)

有限体积环流模型
有限体积环流模型

美国航天局的有限体积环流模型,fvGCM是一个全球性的气候和天气预测模型,传统长期气候模拟用在了粗的水平分辨率(约100公里)。

在国际空间站俯瞰飓风伊万
从距离地面230公里的国际空间站上俯视“伊万”飓风

该fvGCM代码生产实时的高解析度(约25公里)的天气预测,提高预测飓风路径和强度聚焦。该代码已经非常成功,在大西洋飓风活跃季节,提供约100公里的准确性,提前5天登陆的预测。此记录标志着超越典型的先进预警2到3天,改善了筹备时间。

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INS 3D

INS3D

大脑动脉树采用结缔组织,称为Willis“威利斯”环,分发整个大脑充氧血液质量。为了评估变化对人类太空飞行引力的影响,有必要根据不同重力条件量化大脑中的血液流动特性。

此代码解决了不可压缩的Navier - Stokes方程,在三维坐标方程为广义稳态和不同的流程时间中。

(Navier Stokes “纳维叶-斯托克斯”方程是流体力学中描述粘性牛顿流体的方程,是目前为止尚未被完全解决的方程,目前只有大约一百多个特解被解出来,是最复杂的方程之一。)

在长时间的空间飞行任务,宇航员必须适应微重力环境改变。在血液循环系统中,经历太空飞行需要作出重大调整。通过对"威利斯"的配置解剖环路血流量进行了模拟,使用INS3D代码研究对大脑的循环引力作用。

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Overflow

航天飞机发射中周围的流场
航天飞机发射中周围的空气流场
(该飞机的表面颜色代表压力系数,灰色轮廓代表了周围的空气密度)

一个计算流体力学方案解决复杂的流动问题。溢出(Overflow)是广泛用于美国航天局和工业设计发射和重返大气层的运载工具。

溢出代码被用来计算围绕航天飞机运载火箭的空气流场,研究负荷的载具有几个设计变更行事,并研究从任何可能的上升过程中脱落碎片的潜在影响。

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The Parallel Ocean Program (POP)

北大西洋海洋模拟
使用了0.1度分辨率的北大西洋表面模拟

海洋的并行程序POP是社区气候系统模型(块法),一个完全耦合的全球气候模型,使海洋组成地球的过去、现在和未来的气候状态的准确模拟。

持久性有机污染物代码移植和优化规模几乎呈线性达到了512个“哥伦比亚”超级计算机的处理器。而“昴星”只用了十分之一的程度,模拟北大西洋海洋模式。

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PHANTOM

航天飞机主发动机的低压燃油泵诱导表面压力
航天飞机主发动机的低压燃油泵诱导表面压力

幻影(Phantom)是一个用于叶轮应用三维,非定常(空气动力学),全码流速度的发展。该代码,书,用的广义方程组,可以同时适用于气体和液体。

(叶轮:既指装有动叶的轮盘,是冲动式汽轮机转子的组成部分。又指轮盘与安装其上的转动叶片的总称。还指轮盘与安装其上的转动叶片的总称。)

最近,幻影代码已被用来做流线性裂纹调查分析。例如,分析了航天飞机主发动机的低压燃油泵诱导表面压力,液体氢运作等。

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写在最后

小编在为写文章查阅NASA的资料时,发现了许多有价值的图片和文字。而很多天文和太空爱好者的相关创作也是非常有趣的。某些情绪也伴随着浏览,升华了……

同温层拍摄的地球景象
在同温层拍摄的地球景象

谁能相信这是一个天文爱好者用自制航天器材拍摄的画面?而这个玩意成本只有500英镑!

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责任编辑:景琦 来源: pconline
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