W dzisiejszych czasach zaawansowane technologie komputerowe odgrywają kluczową rolę we wspieraniu misji NASA. Superkomputery, które codziennie przetwarzają olbrzymie ilości danych, pomagają naukowcom i inżynierom w lepszym zrozumieniu kosmosu – od Ziemi po najbardziej odległe zakątki wszechświata. Te zaawansowane systemy obliczeniowe wspierają różnorodne projekty badawcze, które mają wpływ zarówno na nasze życie codzienne, jak i na dalsze postępy w kosmicznych odkryciach.
Superkomputery w służbie eksploracji kosmosu
Jednym z najważniejszych zastosowań superkomputerów NASA jest projektowanie oraz przygotowywanie misji kosmicznych, takich jak Artemis II – pierwsza załogowa misja w ramach programu Artemis, której wystrzelenie planowane jest na 2025 rok. Prace nad przygotowaniami do tej misji obejmują symulacje złożonych interakcji między dymem z rakiet a systemami tłumienia dźwięku na wyrzutni. Analizy te przeprowadzono z użyciem oprogramowania Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics, a wyniki uzyskane na superkomputerze Aitken w Centrum NASA Ames w Kalifornii dostarczyły inżynierom niezwykle cennych informacji na temat potencjalnych wyzwań przy kolejnych startach.
Przykładowo, podczas analizy danych związanych z misją Artemis I, odkryto, że choć systemy wodne skutecznie tłumią fale ciśnienia, to jednak gazy wylotowe z rakiet mogą prowadzić do wzrostu ciśnienia, co z kolei może powodować uszkodzenia infrastruktury wyrzutni. Dzięki tym badaniom inżynierowie w Centrum Kosmicznym Kennedy’ego na Florydzie mogą teraz pracować nad skuteczniejszymi rozwiązaniami, które zapobiegną przyszłym uszkodzeniom kluczowych elementów, takich jak deflektory płomieni oraz mobilne platformy startowe.
Nowoczesne udoskonalenia w przemyśle lotniczym
NASA koncentruje się również na usprawnieniu projektów lotniczych, dążąc do uczynienia podróży lotniczych bardziej efektywnymi i ekologicznymi. Dzięki pracy zespołu badawczego w Centrum Badawczym NASA Ames stale doskonalone są projekty samolotów, mające na celu zmniejszenie oporu powietrza poprzez optymalizację kształtu skrzydeł i kadłuba. Korzystając z tego samego oprogramowania i superkomputerów, które wspierają program Artemis, naukowcy przeprowadzają setki symulacji, aby znaleźć najbardziej efektywne rozwiązania dla istniejących i przyszłych konstrukcji lotniczych.
Badania te już przyniosły znaczące wyniki – zmniejszenie oporu w jednym z projektów samolotu komercyjnego o zaledwie 4% może prowadzić do znacznych oszczędności paliwa, co ma olbrzymi wpływ na redukcję emisji oraz koszty operacyjne w branży lotniczej.
Wykorzystanie sztucznej inteligencji w prognozowaniu pogody i zmian klimatycznych
Tradycyjne modele meteorologiczne i klimatyczne opierają się na skomplikowanych równaniach matematycznych rozwiązywanych dla wielu małych obszarów w atmosferze i oceanach Ziemi. Jednak NASA, we współpracy z partnerami, opracowuje nowe podejścia oparte na sztucznej inteligencji (AI). Model bazowy Prithvi WxC, stworzony we współpracy z IBM Research, oferuje bardziej elastyczne narzędzie do przewidywania pogody i zmian klimatycznych, które może działać niezależnie przy minimalnym dodatkowym szkoleniu.
Model ten, oparty na zestawie danych MERRA-2 i korzystający z najnowszych układów GPU NVIDIA A100, został wyposażony w 2,3 miliarda parametrów, co pozwala mu na modelowanie różnorodnych zjawisk atmosferycznych, takich jak ścieżki huraganów. Prithvi WxC jest dostępny jako oprogramowanie open source, co oznacza, że może być wykorzystywany przez naukowców na całym świecie do tworzenia prognoz i analiz klimatycznych na bazie ogromnych zbiorów danych.
Badania nad gwiazdami neutronowymi i tajemnicami wszechświata
NASA nie ogranicza się tylko do badania Ziemi i naszego układu słonecznego. W Goddard Space Flight Center naukowcy przy użyciu symulacji komputerowych i sztucznej inteligencji badają jedne z najbardziej tajemniczych obiektów we wszechświecie, takie jak gwiazdy neutronowe. Te niesamowicie gęste pozostałości po wybuchających gwiazdach są na tyle ekstremalne, że ich właściwości wciąż pozostają dla nas częściowo zagadką.
Dzięki superkomputerom badacze analizują dane z takich misji jak Fermi Gamma-ray Space Telescope oraz Neutron star Interior Composition Explorer (NICER). Symulacje pomagają odkryć fizyczne mechanizmy stojące za działaniem pulsarów – szybko obracających się gwiazd neutronowych o silnym polu magnetycznym. Połączenie zaawansowanej analizy danych z obserwacji kosmicznych i AI pozwala naukowcom na precyzyjne określanie masy, promienia, a nawet struktury pola magnetycznego tych obiektów.
Modele Słońca i prognozowanie pogody kosmicznej
Aktywność Słońca, w tym rozbłyski słoneczne i wyrzuty koronalne masy, odgrywa istotną rolę w kształtowaniu pogody kosmicznej, która może wpływać na elektronikę satelitów, komunikację radiową, sygnały GPS, a nawet sieci energetyczne na Ziemi. Aby przewidywać efekty tych zjawisk, naukowcy w NASA Ames opracowali bardzo realistyczne modele 3D, które pozwalają na badanie fizyki plazmy słonecznej w różnych skalach.
Dzięki temu możliwe jest znacznie lepsze rozumienie mechanizmów stojących za zjawiskami takimi jak jety słoneczne czy „tornado” plazmowe. Używając superkomputerów i kodu StellarBox, badacze uzyskali nowe spojrzenie na procesy magnetyczne zachodzące w atmosferze Słońca, co ma istotny wpływ na przewidywanie pogody kosmicznej.
Wizualizacja naukowa: od surowych danych do zrozumiałych obrazów
Dane uzyskane w wyniku symulacji i obserwacji są często niezwykle złożone i trudne do analizy bez odpowiedniej wizualizacji. Tutaj wkracza Scientific Visualization Studio (SVS), które współpracuje ściśle z naukowcami, aby tworzyć wysokiej jakości wizualizacje danych. Dzięki temu trudne do interpretacji surowe dane stają się zrozumiałymi obrazami i animacjami, które pomagają w lepszym zrozumieniu zjawisk kosmicznych.
Jednym z przykładów takich prac jest wizualizacja koronalnego wyrzutu masy z Słońca, który uderza w ziemską magnetosferę. Inne wizualizacje przedstawiają globalne emisje CO2 czy wzorce pogodowe związane z La Niña i El Niño. Dzięki mocy obliczeniowej superkomputera Discover, SVS jest w stanie przekształcić ogromne ilości danych w fascynujące i edukacyjne wizualizacje.
—
Rozwój technologii obliczeniowych w NASA to nie tylko dalsze badania kosmosu; to także ogromny postęp we współpracy naukowej, technologicznej i innowacyjnej na rzecz lepszego zrozumienia naszego świata oraz wszechświata.
