Ces projets ne sont qu'un échantillon des nombreux projets présentés dans l'exposition de la NASA lors de la Conférence internationale sur le calcul haute performance, la mise en réseau, le stockage et l'analyse, ou SC24. Le Dr Nicola « Nicky » Fox, administratrice adjointe de la Direction des missions scientifiques de l'agence, prononcera le discours d'ouverture, « La vision de la NASA pour la science et l'exploration à fort impact », le mardi 19 novembre, au cours duquel elle expliquera comment la NASA utilise le supercalcul pour explorer l'univers au bénéfice de tous.
Voici quelques informations sur les travaux que la NASA présentera lors de la conférence :
1. Les simulations aident à repenser l'environnement de lancement d'Artemis
Des chercheurs de la NASA Ames contribuent à garantir que les astronautes décollent en toute sécurité lors du vol d'essai d'Artemis II, la première mission habitée de la fusée Space Launch System (SLS) et du vaisseau spatial Orion, prévue pour 2025. À l'aide du logiciel Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics, ils ont simulé les interactions complexes entre le panache de la fusée et le système de suppression du son à base d'eau utilisé lors du lancement d'Artemis I, ce qui a entraîné des dommages à la plate-forme de lancement mobile qui soutenait la fusée avant le décollage.
La comparaison des simulations avec et sans les systèmes d’eau activés a révélé que le système de suppression du son réduit efficacement les ondes de pression, mais les gaz d’échappement peuvent rediriger l’eau et provoquer des augmentations de pression significatives.
Les simulations, effectuées sur le supercalculateur Aitken du centre de calcul avancé de la NASA à Ames, ont généré environ 400 téraoctets de données. Ces données ont été fournies aux ingénieurs aérospatiaux du centre spatial Kennedy de la NASA en Floride, qui sont en train de repenser le déflecteur de flamme et le lanceur mobile pour le lancement d'Artemis II.
2. Optimisation de la conception des avions pour une meilleure efficacité énergétique
Pour rendre les vols commerciaux plus efficaces et plus durables, les chercheurs et ingénieurs du centre de recherche Ames de la NASA, situé dans la Silicon Valley en Californie, travaillent à affiner la conception des avions afin de réduire la résistance de l'air, ou traînée, en ajustant la forme des ailes, du fuselage et d'autres composants structurels des avions. Ces changements permettraient de réduire l'énergie nécessaire au vol et la quantité de carburant nécessaire, de produire moins d'émissions, d'améliorer les performances globales des avions et pourraient contribuer à réduire les niveaux de bruit autour des aéroports.
Grâce au logiciel de modélisation informatique de la NASA pour le lancement, l'ascension et l'aérodynamique des véhicules, développé à Ames, les chercheurs exploitent la puissance des supercalculateurs de l'agence pour exécuter des centaines de simulations afin d'explorer une variété de possibilités de conception, sur des avions existants et sur des concepts de véhicules futurs. Leurs travaux ont montré qu'il était possible de réduire de 4 % la traînée sur un avion commercial existant, ce qui se traduit par d'importantes économies de carburant dans les applications du monde réel.
3. Application de l’IA à la météo et au climat
Les modèles climatiques et météorologiques traditionnels produisent des résultats mondiaux et régionaux en résolvant des équations mathématiques pour des millions de petites zones (grilles) dans l'atmosphère terrestre et les océans. La NASA et ses partenaires explorent désormais de nouvelles approches utilisant des techniques d'intelligence artificielle (IA) pour former un modèle de base.
Les modèles de base sont développés à l'aide de grands ensembles de données non étiquetés afin que les chercheurs puissent affiner les résultats pour différentes applications, telles que la création de prévisions ou la prédiction de modèles météorologiques ou de changements climatiques, de manière indépendante avec une formation supplémentaire minimale.
La NASA a développé le modèle de base Prithvi Weather-Climate (Prithvi WxC), open source et accessible au public , en collaboration avec IBM Research. Prithvi WxC a été pré-entraîné à l'aide de 160 variables issues de l'ensemble de données MERRA-2 (Modern-era Retrospective Analysis for Research and Applications) de la NASA sur les derniers GPU NVIDIA A100 du centre de calcul avancé de la NASA.
Doté de 2,3 milliards de paramètres, Prithvi WxC peut modéliser une variété de phénomènes météorologiques et climatiques, tels que les trajectoires des ouragans, à des résolutions élevées. Les applications incluent la prévision météorologique ciblée et la projection climatique, ainsi que la représentation de processus physiques comme les ondes de gravité.
1. Les simulations aident à repenser l'environnement de lancement d'Artemis
Des chercheurs de la NASA Ames contribuent à garantir que les astronautes décollent en toute sécurité lors du vol d'essai d'Artemis II, la première mission habitée de la fusée Space Launch System (SLS) et du vaisseau spatial Orion, prévue pour 2025. À l'aide du logiciel Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics, ils ont simulé les interactions complexes entre le panache de la fusée et le système de suppression du son à base d'eau utilisé lors du lancement d'Artemis I, ce qui a entraîné des dommages à la plate-forme de lancement mobile qui soutenait la fusée avant le décollage.
La comparaison des simulations avec et sans les systèmes d’eau activés a révélé que le système de suppression du son réduit efficacement les ondes de pression, mais les gaz d’échappement peuvent rediriger l’eau et provoquer des augmentations de pression significatives.
Les simulations, effectuées sur le supercalculateur Aitken du centre de calcul avancé de la NASA à Ames, ont généré environ 400 téraoctets de données. Ces données ont été fournies aux ingénieurs aérospatiaux du centre spatial Kennedy de la NASA en Floride, qui sont en train de repenser le déflecteur de flamme et le lanceur mobile pour le lancement d'Artemis II.
2. Optimisation de la conception des avions pour une meilleure efficacité énergétique
Pour rendre les vols commerciaux plus efficaces et plus durables, les chercheurs et ingénieurs du centre de recherche Ames de la NASA, situé dans la Silicon Valley en Californie, travaillent à affiner la conception des avions afin de réduire la résistance de l'air, ou traînée, en ajustant la forme des ailes, du fuselage et d'autres composants structurels des avions. Ces changements permettraient de réduire l'énergie nécessaire au vol et la quantité de carburant nécessaire, de produire moins d'émissions, d'améliorer les performances globales des avions et pourraient contribuer à réduire les niveaux de bruit autour des aéroports.
Grâce au logiciel de modélisation informatique de la NASA pour le lancement, l'ascension et l'aérodynamique des véhicules, développé à Ames, les chercheurs exploitent la puissance des supercalculateurs de l'agence pour exécuter des centaines de simulations afin d'explorer une variété de possibilités de conception, sur des avions existants et sur des concepts de véhicules futurs. Leurs travaux ont montré qu'il était possible de réduire de 4 % la traînée sur un avion commercial existant, ce qui se traduit par d'importantes économies de carburant dans les applications du monde réel.
3. Application de l’IA à la météo et au climat
Les modèles climatiques et météorologiques traditionnels produisent des résultats mondiaux et régionaux en résolvant des équations mathématiques pour des millions de petites zones (grilles) dans l'atmosphère terrestre et les océans. La NASA et ses partenaires explorent désormais de nouvelles approches utilisant des techniques d'intelligence artificielle (IA) pour former un modèle de base.
Les modèles de base sont développés à l'aide de grands ensembles de données non étiquetés afin que les chercheurs puissent affiner les résultats pour différentes applications, telles que la création de prévisions ou la prédiction de modèles météorologiques ou de changements climatiques, de manière indépendante avec une formation supplémentaire minimale.
La NASA a développé le modèle de base Prithvi Weather-Climate (Prithvi WxC), open source et accessible au public , en collaboration avec IBM Research. Prithvi WxC a été pré-entraîné à l'aide de 160 variables issues de l'ensemble de données MERRA-2 (Modern-era Retrospective Analysis for Research and Applications) de la NASA sur les derniers GPU NVIDIA A100 du centre de calcul avancé de la NASA.
Doté de 2,3 milliards de paramètres, Prithvi WxC peut modéliser une variété de phénomènes météorologiques et climatiques, tels que les trajectoires des ouragans, à des résolutions élevées. Les applications incluent la prévision météorologique ciblée et la projection climatique, ainsi que la représentation de processus physiques comme les ondes de gravité.
4. Les simulations et l'IA révèlent le monde fascinant des étoiles à neutrons
Pour explorer les conditions extrêmes qui règnent à l'intérieur des étoiles à neutrons, les chercheurs du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, utilisent un mélange de simulation, d'observation et d'intelligence artificielle pour percer les mystères de ces extraordinaires objets cosmiques. Les étoiles à neutrons sont les noyaux morts d'étoiles qui ont explosé et représentent certains des objets les plus denses de l'univers.
Des simulations de pointe, exécutées sur des supercalculateurs de la NASA Advanced Supercomputing Facility, aident à expliquer les phénomènes observés par le télescope spatial Fermi Gamma-ray et l'observatoire Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) de la NASA. Ces phénomènes incluent les étoiles à neutrons à rotation rapide et hautement magnétisées appelées pulsars, dont les mécanismes physiques détaillés sont restés mystérieux depuis leur découverte. En appliquant des outils d'IA tels que les réseaux neuronaux profonds, les scientifiques peuvent déduire la masse, le rayon, la structure du champ magnétique et d'autres propriétés des étoiles à partir des données obtenues par les observatoires NICER et Fermi.
Les résultats sans précédent des simulations guideront des études similaires sur les trous noirs et d’autres environnements spatiaux, et joueront un rôle central dans l’élaboration des futures missions spatiales scientifiques et des concepts de mission.
5. Modélisation du Soleil en action – De la petite à la grande échelle
L'activité solaire, qui produit des phénomènes tels que des éruptions solaires et des éjections de masse coronale, influence l'environnement spatial et provoque des perturbations météorologiques spatiales qui peuvent interférer avec l'électronique des satellites, les communications radio, les signaux GPS et les réseaux électriques sur Terre. Les scientifiques de la NASA Ames ont produit des modèles 3D très réalistes qui leur permettent, pour la première fois, d'examiner la physique du plasma solaire en action, de la très petite à la très grande échelle. Ces modèles aident à interpréter les observations des engins spatiaux de la NASA comme le Solar Dynamics Observatory (SDO).
En utilisant le code StellarBox de la NASA sur les supercalculateurs de l'Advanced Supercomputing Facility de la NASA, les scientifiques ont amélioré notre compréhension des origines des jets solaires et des tornades – des explosions de plasma extrêmement chaud et chargé dans l'atmosphère solaire. Ces modèles permettent à la communauté scientifique de répondre à des questions de longue date sur l'activité magnétique solaire et son impact sur la météo spatiale.
6. La visualisation scientifique rend les données de la NASA compréhensibles
Les simulations et observations de la NASA peuvent générer des pétaoctets de données difficiles à comprendre dans leur forme originale. Le Scientific Visualization Studio (SVS), basé à NASA Goddard, transforme les données en informations en collaborant étroitement avec des scientifiques pour créer des visualisations cinématographiques de haute fidélité.
L'infrastructure clé pour ces créations SVS comprend le supercalculateur Discover du Centre de simulation climatique de la NASA à Goddard, qui héberge une variété de simulations et fournit des capacités d'analyse de données et de rendu d'images. De récentes visualisations basées sur des données montrent une éjection de masse coronale du Soleil frappant la magnétosphère terrestre en utilisant le modèle Multiscale Atmosphere-Geospace Environment (MAGE) ; les émissions mondiales de dioxyde de carbone encerclant la planète dans le modèle DYnamics of the Atmospheric general circulation Modeled On Non-hydrostatic Domains (DYAMOND) ; et des représentations des conditions météorologiques de La Niña et El Niño en utilisant le modèle El Niño-Southern Oscillation (ENSO).
Pour plus d'informations sur l'exposition virtuelle de la NASA à la Conférence internationale sur le calcul haute performance, la mise en réseau, le stockage et l'analyse, qui se tiendra à Atlanta du 17 au 22 novembre 2024, visitez : https://www.nas.nasa.gov/SC24
Pour plus d'informations sur les supercalculateurs exploités par NASA High-End Computing, visitez : https://hec.nasa.gov
Auteurs : Jill Dunbar, Michelle Moyer et Katie Pitta, Centre de recherche Ames de la NASA ; et Jarrett Cohen, Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Des simulations de pointe, exécutées sur des supercalculateurs de la NASA Advanced Supercomputing Facility, aident à expliquer les phénomènes observés par le télescope spatial Fermi Gamma-ray et l'observatoire Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) de la NASA. Ces phénomènes incluent les étoiles à neutrons à rotation rapide et hautement magnétisées appelées pulsars, dont les mécanismes physiques détaillés sont restés mystérieux depuis leur découverte. En appliquant des outils d'IA tels que les réseaux neuronaux profonds, les scientifiques peuvent déduire la masse, le rayon, la structure du champ magnétique et d'autres propriétés des étoiles à partir des données obtenues par les observatoires NICER et Fermi.
Les résultats sans précédent des simulations guideront des études similaires sur les trous noirs et d’autres environnements spatiaux, et joueront un rôle central dans l’élaboration des futures missions spatiales scientifiques et des concepts de mission.
5. Modélisation du Soleil en action – De la petite à la grande échelle
L'activité solaire, qui produit des phénomènes tels que des éruptions solaires et des éjections de masse coronale, influence l'environnement spatial et provoque des perturbations météorologiques spatiales qui peuvent interférer avec l'électronique des satellites, les communications radio, les signaux GPS et les réseaux électriques sur Terre. Les scientifiques de la NASA Ames ont produit des modèles 3D très réalistes qui leur permettent, pour la première fois, d'examiner la physique du plasma solaire en action, de la très petite à la très grande échelle. Ces modèles aident à interpréter les observations des engins spatiaux de la NASA comme le Solar Dynamics Observatory (SDO).
En utilisant le code StellarBox de la NASA sur les supercalculateurs de l'Advanced Supercomputing Facility de la NASA, les scientifiques ont amélioré notre compréhension des origines des jets solaires et des tornades – des explosions de plasma extrêmement chaud et chargé dans l'atmosphère solaire. Ces modèles permettent à la communauté scientifique de répondre à des questions de longue date sur l'activité magnétique solaire et son impact sur la météo spatiale.
6. La visualisation scientifique rend les données de la NASA compréhensibles
Les simulations et observations de la NASA peuvent générer des pétaoctets de données difficiles à comprendre dans leur forme originale. Le Scientific Visualization Studio (SVS), basé à NASA Goddard, transforme les données en informations en collaborant étroitement avec des scientifiques pour créer des visualisations cinématographiques de haute fidélité.
L'infrastructure clé pour ces créations SVS comprend le supercalculateur Discover du Centre de simulation climatique de la NASA à Goddard, qui héberge une variété de simulations et fournit des capacités d'analyse de données et de rendu d'images. De récentes visualisations basées sur des données montrent une éjection de masse coronale du Soleil frappant la magnétosphère terrestre en utilisant le modèle Multiscale Atmosphere-Geospace Environment (MAGE) ; les émissions mondiales de dioxyde de carbone encerclant la planète dans le modèle DYnamics of the Atmospheric general circulation Modeled On Non-hydrostatic Domains (DYAMOND) ; et des représentations des conditions météorologiques de La Niña et El Niño en utilisant le modèle El Niño-Southern Oscillation (ENSO).
Pour plus d'informations sur l'exposition virtuelle de la NASA à la Conférence internationale sur le calcul haute performance, la mise en réseau, le stockage et l'analyse, qui se tiendra à Atlanta du 17 au 22 novembre 2024, visitez : https://www.nas.nasa.gov/SC24
Pour plus d'informations sur les supercalculateurs exploités par NASA High-End Computing, visitez : https://hec.nasa.gov
Auteurs : Jill Dunbar, Michelle Moyer et Katie Pitta, Centre de recherche Ames de la NASA ; et Jarrett Cohen, Centre de vol spatial Goddard de la NASA