Национальное управление по ядерной безопасности Министерства энергетики США (DoE/NNSA) недавно объявило, что выбрало Массачусетский технологический институт (MIT) для создания нового исследовательского центра, посвящённого развитию прогнозного моделирования экстремальных условий, с которыми сталкиваются, например, при гиперзвуковом полёте и входе в атмосферу. Центр станет частью четвёртой фазы программы Predictive Science Academic Alliance Program (PSAAP-IV) NNSA, которая поддерживает передовые исследования, расширяющие возможности высокопроизводительных вычислений для открытых научных и инженерных приложений, имеющих отношение к задачам национальной безопасности.
Центр по моделированию высокоэнтальпийных взаимодействий жидкости и твёрдого тела в условиях эксаскейла (CHEFSI)
CHEFSI — это совместная работа Центра вычислительной науки и инженерии MIT (MIT Center for Computational Science and Engineering), Колледжа вычислений Швармана MIT (MIT Schwarzman College of Computing) и Института солдатских нанотехнологий MIT (ISN). Центр планирует использовать передовые эксаскейл-суперкомпьютеры и алгоритмы нового поколения для детального моделирования взаимодействия чрезвычайно горячих и быстро движущихся газообразных и твёрдых материалов.
Понимание этих экстремальных сред, характеризующихся температурами более 1500 градусов Цельсия и скоростями до 25 чисел Маха, и их влияния на транспортные средства имеет решающее значение для национальной безопасности, освоения космоса и разработки передовых систем тепловой защиты.
«CHEFSI будет использовать глубокие сильные стороны MIT в прогнозном моделировании, высокопроизводительных вычислениях и STEM-образовании, чтобы помочь обеспечить сохранение лидерства Соединённых Штатов в области научных и технологических инноваций», — говорит Ян А. Вейтц, вице-президент MIT по исследованиям. «Особое значение центра для национальной безопасности и передовых технологий демонстрирует приверженность MIT продвижению исследований, приносящих широкую общественную пользу».
CHEFSI — один из пяти новых центров прогнозного моделирования, объявленных NNSA в рамках программы, которая, как ожидается, предоставит каждому центру до 17,5 миллионов долларов в течение пяти лет.
Исследования CHEFSI направлены на объединение детального моделирования высокоэнтальпийных газовых потоков с моделями химического, теплового и механического поведения твёрдых материалов, описывая такие явления, как окисление, нитридирование, абляция и разрушение.
«Интегрируя высокоточные физические модели с суррогатными моделями на основе искусственного интеллекта, экспериментальной валидацией и современными эксаскейл-вычислительными инструментами, CHEFSI поможет нам понять и предсказать, как системы тепловой защиты работают в одних из самых суровых условий, с которыми сталкиваются инженерные системы», — говорит Рауль Радовицкий, профессор аэронавтики и космонавтики Джерома С. Хансакера, заместитель директора ISN и директор CHEFSI. «Эти знания помогут в проектировании устойчивых систем для таких приложений, как многоразовые космические аппараты и гиперзвуковые транспортные средства».
В команду руководителей центра войдут Рауль Радовицкий, Юсеф Марзук, профессор аэронавтики и космонавтики Брина М. Керра (1951), содиректор Центра вычислительной науки и инженерии MIT (CCSE) и недавно назначенный заместителем декана Колледжа вычислений Швармана MIT, и Николас Хаджиконстантину, профессор машиностроения Квентина Берга (1937) и содиректор CCSE, которые будут выполнять функции заместителей директоров. Соруководителями центра являются преподаватели MIT из отделов аэронавтики и космонавтики, электротехники и компьютерных наук, материаловедения и инженерии, математики и машиностроения.
CHEFSI планирует активно сотрудничать с национальными лабораториями Министерства энергетики США/NNSA — Ливерморской национальной лабораторией Лоуренса, Лос-Аламосской национальной лабораторией и национальными лабораториями Сандии. Это позволит предложить аспирантам и постдокам возможности для проведения исследований и стажировок в этих учреждениях.
1. Какова цель создания центра CHEFSI в MIT?
Цель создания центра CHEFSI в MIT — развитие прогнозного моделирования экстремальных условий, с которыми сталкиваются, например, при гиперзвуковом полёте и входе в атмосферу. Это важно для национальной безопасности, освоения космоса и разработки передовых систем тепловой защиты.
2. Какие технологии и методы будут использоваться в исследованиях центра CHEFSI?
В исследованиях центра CHEFSI будут использоваться передовые эксаскейл-суперкомпьютеры и алгоритмы нового поколения для детального моделирования взаимодействия чрезвычайно горячих и быстро движущихся газообразных и твёрдых материалов. Также планируется интеграция высокоточных физических моделей с суррогатными моделями на основе искусственного интеллекта, экспериментальной валидацией и современными эксаскейл-вычислительными инструментами.
3. Какие области науки и техники будут охвачены исследованиями центра CHEFSI?
Исследования центра CHEFSI охватывают области аэронавтики, космонавтики, материаловедения, инженерии, математики и компьютерных наук. Основное внимание уделяется моделированию высокоэнтальпийных газовых потоков и поведению твёрдых материалов в экстремальных условиях.
4. Какое значение имеет сотрудничество с национальными лабораториями Министерства энергетики США для CHEFSI?
Сотрудничество с национальными лабораториями Министерства энергетики США позволит центру CHEFSI предложить аспирантам и постдокам возможности для проведения исследований и стажировок в этих учреждениях. Это способствует обмену знаниями и опытом между учёными и инженерами, а также укреплению научных связей между MIT и национальными лабораториями.
5. Каковы ожидаемые результаты исследований CHEFSI и их потенциальное применение?
Ожидается, что исследования CHEFSI помогут понять и предсказать, как системы тепловой защиты работают в одних из самых суровых условий, с которыми сталкиваются инженерные системы. Полученные знания будут способствовать проектированию устойчивых систем для многоразовых космических аппаратов и гиперзвуковых транспортных средств, что имеет важное значение для национальной безопасности и освоения космоса.