تأثیر ابررایانهها بر پیشرفت دانش بشر درباره جهان از مأموریت آرتمیس تا پیشبینی آبوهوا, ناسا برای اجرای مأموریتهای پیچیده و پیشرفته خود به شدت به قدرت محاسباتی ابررایانهها وابسته است. بهرهگیری از این ماشینهای قدرتمند، درک بشر از جهان را از سطح زمین تا دورترین نقاط کیهان گسترش داده است.
ابررایانهها امکان اجرای پروژههای تحقیقاتی متنوع را فراهم میکنند؛ از جمله کشف فعالیتهای خورشیدی که بر تکنولوژیهای فضایی و زندگی بر روی زمین تأثیر میگذارند، توسعه مدلهای مبتنی بر هوش مصنوعی برای علوم آبوهوا و اقلیم، و پشتیبانی از طراحی مجدد سکوی پرتاب برای مأموریت آرتمیس ۲ که فضانوردان را به فضا خواهد برد.
این دستاوردها تنها بخشی از پروژههایی بودند که در نمایشگاه ناسا در کنفرانس بینالمللی پردازشهای سطح بالا، شبکهسازی، ذخیرهسازی و تحلیل به نمایش گذاشته شدند.
یهان به نفع همه بشر را تشریح کرد.
همانندسازی محیط پرتاب برای مأموریت آرتمیس ۲ پژوهشگران مرکز ایمز ناسا با هدف اطمینان از ایمنی فضانوردان در پرواز آزمایشی آرتمیس ۲، اولین مأموریت سرنشین موشک سیستم پرتاب فضایی (SLS) و فضاپیما اوریون، از ابررایانهها پشتیبانی میکنند. این مأموریت برای سال ۲۰۲۵ برنامهریزی شده است.
تیم علمی با استفاده از نرمافزارهای و، تعاملات پیچیده بین خروجی موتور موشک و سیستم مهار صدا مبتنی بر آب را که در پرتاب آرتمیس ۱ به کار رفته بود، همانندسازی کردند.
مقایسه نتایج همانندسازیها با و بدون فعالسازی سیستم مهار صدا نشان داد که اگرچه این سیستم امواج شوک را به طور موثری کاهش میدهد، اما گازهای خروجی میتوانند مسیر آب را منحرف کرده و شدت شوک را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. این محاسبات که روی ابررایانه آیتکن در مرکز محاسبات پیشرفته ناسا اجرا شده، نزدیک به ۴۰۰ ترابایت داده تولید کرد.
این دادهها به مهندسان هوافضا در مرکز فضایی کندی در فلوریدا ارائه شده تا در بازطراحی منحرفکننده شعله و پرتابگر متحرک برای مأموریت آرتمیس ۲ استفاده شوند. بهینهسازی طراحی هواپیما برای کاهش مصرف سوخت برای ارتقای کارایی و پایداری پروازهای تجاری، مهندسان و پژوهشگران مرکز ایمز در کالیفرنیا در حال بهینهسازی طراحی هواپیماها هستند تا با تغییر شکل بالها، بدنه و سایر اجزای ساختاری، مقاومت هوا را کاهش دهند.
این اصلاحات میتواند انرژی مورد نیاز برای پرواز، مصرف سوخت و انتشار آلایندهها را کاهش دهد، عملکرد کلی هواپیما را بهبود بخشد و میزان صدا در محوطه فرودگاهها را کم کند. با بهرهگیری از نرمافزارهای محاسباتی مدلسازی پرتاب، صعود و آیرودینامیک توسعهیافته در ناسا، محققان از توان ابررایانهها برای اجرای صدها همانندسازی با هدف بررسی انواع امکانات طراحی، چه برای هواپیماهای فعلی و چه مدلهای مفهومی آینده، استفاده میکنند.
نتایج نشان میدهد که میتوان در طراحی جاری هواپیماهای تجاری، مقاومت هوا را تا ۴ درصد کاهش داد که به معنی صرفهجویی قابل توجه در مصرف سوخت است. کاربرد هوش مصنوعی در پیشبینی دقیق آبوهوا مدلهای سنتی آبوهوا با حل معادلات ریاضی برای میلیونها ناحیه کوچک (باکسهای شبکهای) در جو و اقیانوسها، نتایج جهانی و منطقهای تولید میکنند.
ناسا و شرکای آن اکنون رویکردهای نوینی را بررسی میکنند که از تکنیکهای هوش مصنوعی برای آموزش مدلهای پایه بهره میبرند. این مدلهای پایه با استفاده از مجموعه دادههای گسترده توسعه مییابند تا محققان بتوانند نتایج را برای کاربردهای گوناگون -مانند پیشبینی الگوهای آبوهوایی یا تغییرات اقلیمی- به صورت جداگانه و با حداقل آموزش اضافی تنظیم کنند.
ناسا در همکاری با آیبیام ریسرچ (IBM )، مدل پایهای به نام پریتوی آبوهوا – اقلیم را به صورت متنباز و در دسترس عموم توسعه داده است. این مدل با بهرهگیری از ۱۶۰ متغیر از پایگاه داده ناسا، روی پردازشگرهای گرافیکی انویدیا در مرکز محاسبات پیشرفته ناسا پیشآموزش دیده است. مدل پریتوی با ۲ میلیارد و ۳۰۰ میلیون پارامتر، میتواند پدیدههای متنوع آبوهوایی و اقلیمی -مانند مسیر طوفانهای گرمسیری- را با وضوح بالا مدلسازی کند.
کاربردهای آن شامل پیشبینی موثر آبوهوا، پیشبینی اقلیم، و نمایش فرایندهای فیزیکی نظیر امواج گرانشی میشود. فاش کردن رازهای ستارههای نوترونی با همانندسازی پیشرفته برای کاوش شرایط شگفتانگیز درون ستارههای نوترونی، پژوهشگران مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا از ترکیبی از مشاهدات، همانندسازی و هوش مصنوعی بهره میبرند. ستارههای نوترونی، هستههای مرده ستارگانی هستند که منفجر شدهاند و از متراکمترین اجرام جهان هستی محسوب میشوند.
همانندسازیهای پیشرفته که روی ابررایانههای مرکز محاسبات پیشرفته ناسا اجرا میشوند، به تبیین پدیدههایی کمک میکنند که از طریق تلسکوپ فضایی پرتو گاما فرمی و رصدخانه NICER رصد شدهاند. با استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی نظیر شبکههای عصبی عمیق، دانشمندان میتوانند جرم، شعاع، ساختار میدان مغناطیسی و سایر ویژگیهای این ستارهها را استنتاج کنند.
نتایج بیسابقه این محاسبات نه تنها تحقیقات مشابه درباره سیاهچالهها و سایر محیطهای فضایی را هدایت میکند، بلکه نقشی بنیادین در شکلدهی مأموریتهای علمی و فضایی آینده ایفا میکند.
مدلسازی سهبعدی فعالیتهای خورشید فعالیتهای خورشیدی شامل رویدادهای نظیر شرارههای خورشیدی و پرتاب جرم از تاج خورشیدی، محیط فضایی را تحت تأثیر قرار داده و باعث اختلال در آبوهوای فضایی میشوند که میتواند بر قطعات الکترونیکی ماهوارهها، ارتباطات رادیویی، سیگنالهای جیپیاس و شبکههای برق بر روی زمین تأثیر بگذارد.
دانشمندان مرکز ایمز ناسا با پشتیبانی ابررایانهها، مدلهای سهبعدی فوقواقعی تشکیل دادهاند که برای اولین بار امکان بررسی فیزیک پلاسمای خورشیدی را در مقیاسهای بسیار کوچک تا بسیار بزرگ فراهم میکند. این مدلها به تفسیر مشاهدات فضاپیماهای ناسا نظیر رصدخانه دینامیک خورشیدی (SDO) کمک میکنند.
با بهرهگیری از کد ناسا روی ابررایانهها، درک ما از منشأ جتها و توفانهای خورشیدی – فوران پلاسماهای بسیار داغ و باربرق در جو خورشید – بهبود یافته است. این مدلها به جامعه علمی امکان میدهند به سوالات دیرینه در مورد فعالیتهای مغناطیسی خورشید و تأثیر آن بر آبوهوای فضایی پاسخ دهند.
تجسم علمی تبدیل دادههای عظیم به تصاویر قابل فهم همانندسازیها و مشاهدات ناسا با پشتیبانی ابررایانهها میتوانند چندین پتابایت داده تولید کنند که درک اولیه آنها دشوار است. استودیوی تجسم علمی (SVS) مستقر در مرکز گادرد ناسا، با همکاری نزدیک با دانشمندان، این حجم عظیم از دادهها را به تجسمهای سینمایی با وضوح بالا تبدیل میکند.
زیرساخت کلیدی برای این تولیدات، ابررایانه در مرکز همانندسازی اقلیم ناسا در گادرد است که میزبان انواع همانندسازیها بوده و امکان تحلیل دادهها و تفسیر تصاویر را فراهم میکند.