Hypersonics може да подхрани следващата вълна от инвестиции в HPC

Въпреки че пандемията осигури тласък на финансирането за изследователски суперкомпютри и HPC в науките за живота, следващата вълна от инвестиции в HPC системи и симулационен софтуер може да дойде от бързо развиващото се хиперзвуково пространство.

Имаме свръхзвукови самолети от десетилетия, но хиперзвуковите — движещи се над Мах 5 — се очаква да навлязат в гражданска и военна употреба през следващите пет години с милиарди долари, разпределени както за класифицирани, така и за търговски цели в този период.

Отсега до 2027 г. Институтът за отбрана и правителство прогнозира, че общо 127,3 милиарда долара ще бъдат изразходвани само за хиперзвукови оръжия, а бюджетът на Министерството на отбраната в САЩ очаква 2,5 милиарда долара за класифицирана хиперзвукова работа само до 2024 г. Boeing е разработва своя собствена хиперзвукова транспортна технология и стартиращи фирми като Hermeus предлагат реактивен самолет с Mach 5, който кара Ню Йорк до Париж да скача за 90 минути.

Суперкомпютри бяха внедрени през последните няколко десетилетия, за да се симулира всеки аспект на свръхзвуков полет, но хиперзвукът може да увеличи необходимите възможности за моделиране доста напред. Според Валерио Вити, който ръководи усилията на аерокосмическата и отбранителната промишленост в софтуерната компания за HPC симулация Ansys, изискванията за мултифизично моделиране ще бъдат издигнати на следващото ниво, изисквайки много повече от мащабируем софтуер и системи, отколкото сме виждали и в двете изследователски и търговски HPC сфери.

„Дизайнът изисква задълбочено разбиране на всички включени физики и тяхното взаимодействие. Това може да включва всичко от аеротермодинамика, структурен анализ, електромагнетика, сензори, системи за насочване и контрол и т.н.“, обяснява Вити.

Въпреки че моделирането и симулацията са в основата на свръхзвуковите тестове, има и наземни и полетни тестове, които допълват симулациите. С хиперзвуковата ера обаче наземните тестове ще се нуждаят от ултра-специализирани съоръжения с ограничен мащаб, които ще бъдат много скъпи за разработване и управление. Полетните тестове са най-скъпите с тестови цикли с продължителност от пет години или повече. Единственият начин да започне да работи по-бързо е с много по-усъвършенствана мултифизична симулация.

Симулацията за хиперзвукова техника далеч надхвърля простото приспособяване към повишената топлина, материали, поток и други физични предизвикателства. Пълните симулационни платформи, системи и софтуер също ще трябва да моделират цялостни хиперзвукови системи, което означава свързване на драматично различни кодове и инструменти към стандартното моделиране и симулация.

Както Вити посочва от гледна точка на Ansys, това е всичко от системите за управление (симулиране на управление на полета, използващо различни поведения/среди), различни системи за навигация и насочване и извършване на всичко това в напълно виртуални симулации на целия набор от компоненти чрез реалистични 3D физически модели за военни игри, например.

Собственият пакет за хиперзвуково моделиране и симулация на Ansys подчертава сложната, взаимосвързана, мултифизична/мултисистемна природа на проблема за хиперзвукова симулация, който предстои. С голямата сложност на симулацията идва необходимостта от дори големи инвестиции в HPC инфраструктура. Голяма част от мултифизичното моделиране все още използва традиционни HPC инструменти и софтуер (AI все още не е проникнал тук и от всички акаунти, това е известно време) и изчислителните ресурси за симулиране на цял самолет със специфични, нови изисквания по отношение на термичните параметри, мощността, взаимосвързаността системи и т.н. ще бъде страхотно.