تأثیر ابررایانهها بر پیشرفت دانش فضایی از مأموریت آرتمیس تا پیشبینی آبوهوا با هوش مصنوعی, ناسا با بهرهگیری از قدرت محاسباتی ابررایانهها، مرزهای شناخت بشر از جهان را از سطح زمین تا اعماق کیهان گسترش داده است. این ماشینهای قدرتمند ستون فقرات پروژههای پژوهشی متنوعی هستند که شامل تحلیل فعالیتهای خورشیدی، توسعه مدلهای هوش مصنوعی برای علوم اقلیم و آبوهوا، و مهندسی مجدد زیرساختهای پرتاب برای مأموریتهای آینده میشود.
نتایج این تلاشها در کنفرانس بینالمللی پردازشهای سطح بالا به نمایش گذاشته شد. مهمترین پروژههای معرفی شده در این رویداد مورد بررسی قرار میگیرد.
شبیهسازی محیط پرتاب برای ایمنی مأموریت آرتمیس II پژوهشگران مرکز ایمز ناسا نقش کلیدی در تضمین ایمنی فضانوردان مأموریت آرتمیس II، به عنوان اولین پرواز سرنشین موشک SLS و فضاپیما اوریون، ایفا میکنند.
تحلیلهای مقایسهای نشان داد که اگرچه سیستم مهار صدا امواج فشار را به طور موثری کاهش میدهد، اما میتواند جریان آب را منحرف کرده و فشار را به شدت افزایش دهد. این شبیهسازیها که روی ابررایانه آیتکن اجرا شده و حدود ۴۰۰ ترابایت داده تولید کردهاند، مبنای بازطراحی سکوی پرتاب و منحرفکننده شعله در مرکز فضایی کندی برای پرتاب سال ۲۰۲۵ قرار گرفتهاند.
بهینهسازی آیرودینامیک هواپیماها برای کاهش مصرف سوخت در راستای پایداری صنعت هوانوردی، مهندسان ناسا در مرکز ایمز با استفاده از ابررایانهها، طراحیهای جدیدی برای کاهش مقاومت هوا تدوین کردهاند. اصلاح شکل بالها، بدنه و سایر اجزای ساختاری نه تنها مصرف سوخت و انتشار آلایندهها را کاهش میدهد، بلکه عملکرد کلی هواپیما را بهبود بخشیده و آلودگی صدا در محوطه فرودگاهها را کم میکند.
با اجرای صدها شبیهسازی محاسباتی بر روی مدلهای موجود و مفهومی، تیم ناسا موفق شده است مقاومت هوا را در هواپیماهای تجاری فعلی تا ۴ درصد کاهش دهد؛ رقمی که در مقیاس جهانی معادل صرفهجویی قابلتوجه در سوخت و هزینههاست.
انقلاب در پیشبینی آبوهوا با مدلهای پایه هوش مصنوعی روشهای سنتی پیشبینی آبوهوا بر پایه حل معادلات ریاضی بر روی شبکههای فضایی است، اما ناسا در همکاری با IBM رویکرد نوینی را با توسعه مدل پایه پریتوی آغاز کرده است. این مدل با ۲.۳ میلیارد پارامتر، با استفاده از ۱۶۰ متغیر از پایگاه داده و روی پردازشگرهای گرافیکی انویدیا پیشآموزش دیده است.
به عنوان یک مدل متنباز، پریتوی قابلیت تنظیم برای کاربردهای متنوعی از جمله پیشبینی هدفمند طوفانهای گرمسیری، مدلسازی تغییرات اقلیمی و نمایش پدیدههای فیزیکی پیچیده مانند امواج گرانشی را با وضوح بالا فراهم میکند، و این کار با حداقل نیاز به آموزش مجدد انجام میشود.
کشف رازهای ستارههای نوترونی با شبیهسازی و یادگیری عمیق ستارههای نوترونی، متراکمترین اجرام باقیمانده از انفجار ابرستارهها، تورهای طبیعی برای تست فیزیک در شرایط حدی هستند. دانشمندان مرکز گادرد ناسا با ترکیب مشاهدات تلسکوپ فرمی و رصدخانه NICER با شبیهسازیهای ابررایانهای و شبکههای عصبی عمیق، توانستهاند ویژگیهای اساسی این ستارهها را استخراج کنند.
ابزارهای هوش مصنوعی امکان برآورد دقیق جرم، شعاع، و ساختار میدان مغناطیسی را فراهم آوردهاند. نتایج حاصل نه تنها درک ما از ستارههای نوترونی را عمیق کرده، بلکه چارچوبی برای تحقیقات آینده در مورد سیاهچالهها و طراحی مأموریتهای اکتشافی جدید ایجاد میکند.
مدلسازی سهبعدی فعالیتهای خورشیدی و اثرات بر زمین شرارههای خورشیدی و پرتابهای جرم تاج خورشیدی (CME) میتوانند با ایجاد اختلال در آبوهوای فضایی، زیرساختهای حیاتی نظیر ماهوارهها، GPS و شبکههای برق را تهدید کنند. برای اولین بار، محققان مرکز ایمز با استفاده از کد روی ابررایانهها، مدلهای سهبعدی واقعگرایانهای از پلاسمای خورشیدی در مقیاسهای متنوع ساختهاند.
این مدلها فیزیک جتها و توفانهای خورشیدی را با جزئیات بیسابقه آشکار کرده و به تفسیر دادههای رصدخانه دینامیک خورشیدی (SDO) کمک میکنند. در نتیجه، جامعه علمی اکنون ابزار قدرتمندتری برای پاسخ به پرسشهای دیرینه درباره فعالیت مغناطیسی خورشید و تأثیرات آن بر زمین دارد. تجسم علمی تبدیل پتابایتهای داده به درک بصری حجم عظیم دادههای تولید شده توسط شبیهسازیها و مشاهدات ناسا، درک مستقیم آنها را غیرممکن میسازد.
استودیوی تجسم علمی (SVS) در مرکز گادرد، با همکاری نزدیک دانشمندان، این دادههای خام را به تصاویر سینمایی با وضوح بالا و قابل فهم تبدیل میکند. زیرساخت اصلی این فرآیند، ابررایانه دیسکاور در مرکز شبیهسازی اقلیم ناسا است که بستر اجرای شبیهسازیها، تحلیل دادهها و رندر تصاویر نهایی را فراهم میکند. این قابلیت تجسم، پل ارتباطی بین پیچیدگیهای محاسباتی و درک عمومی و علمی نتایج است.
