Alla NASA, l’elaborazione di dati di fascia alta è essenziale per molte missioni dell’agenzia. Questa tecnologia ci aiuta a migliorare la nostra comprensione dell’universo, dal nostro pianeta alle zone più remote del cosmo. I supercomputer consentono progetti in diverse ricerche, come la scoperta dell’attività del Sole che influenza le tecnologie nello spazio e la vita sulla Terra, la creazione di modelli basati sull’intelligenza artificiale per una scienza innovativa del meteo e del clima e l’aiuto nella riprogettazione della rampa di lancio che invierà gli astronauti nello spazio con Artemis II. Questi progetti sono solo un esempio dei tanti esposti nella mostra della NASA durante la International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, o SC24. La dott. ssa Nicola “Nicky” Fox della NASA, amministratore associato per la Science Mission Directorate dell’agenzia, ha tenuto il discorso principale, dal titolo “NASA’s Vision for High Impact Science and Exploration“, martedì 19 novembre 2024, durante il quale ha condiviso maggiori informazioni sui modi in cui la NASA utilizza il supercomputing per esplorare l’universo a beneficio di tutti. Ecco qualche informazione in più sul lavoro che la NASA condividerà alla conferenza:
1. Le simulazioni aiutano a riprogettare l’ambiente di lancio di Artemis
(NASA/Chris DeGrendele, Timothy Sandstrom)
I ricercatori della NASA Ames stanno contribuendo a garantire che gli astronauti partano in sicurezza nel volo di prova Artemis II, la prima missione con equipaggio del razzo Space Launch System (SLS) e della navicella spaziale Orion, programmata per il 2025. Utilizzando il software Launch Ascent and Vehicle Aerodynamics, hanno simulato le complesse interazioni tra il pennacchio del razzo e il sistema di soppressione del suono basato sull’acqua utilizzato durante il lancio di Artemis I, che ha causato danni alla piattaforma di lancio mobile che supportava il razzo prima del decollo. Confrontando le simulazioni con e senza i sistemi idrici attivati, è emerso che il sistema di soppressione del rumore riduce efficacemente le onde di pressione, ma i gas di scarico possono deviare l’acqua e causare aumenti significativi della pressione. Le simulazioni, eseguite sul supercomputer Aitken presso la struttura NASA Advanced Supercomputing di Ames, hanno generato circa 400 terabyte di dati. Questi dati sono stati forniti agli ingegneri aerospaziali del Kennedy Space Center della NASA in Florida, che stanno riprogettando il deflettore di fiamma e il lanciatore mobile per il lancio di Artemis II.
2. Ottimizzazione della progettazione dell’aereo per l’efficienza del carburante:
Per contribuire a rendere i voli commerciali più efficienti e sostenibili, ricercatori e ingegneri dell’Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California stanno lavorando per perfezionare i progetti degli aeromobili per ridurre la resistenza dell’aria, o resistenza aerodinamica, perfezionando la forma delle ali, delle fusoliere e di altri componenti strutturali degli aeromobili. Questi cambiamenti ridurrebbero l’energia richiesta per il volo e la quantità di carburante necessaria, produrranno meno emissioni, miglioreranno le prestazioni complessive degli aeromobili e potrebbero aiutare a ridurre i livelli di rumore intorno agli aeroporti. Utilizzando il software di modellazione computazionale Launch, Ascent, and Vehicle Aerodynamics della NASA, sviluppato presso Ames, i ricercatori stanno sfruttando la potenza dei supercomputer dell’agenzia per eseguire centinaia di simulazioni per esplorare una varietà di possibilità di progettazione, su aeromobili esistenti e concetti di veicoli futuri. Il loro lavoro ha mostrato il potenziale per ridurre la resistenza su un design di aeromobile commerciale esistente del 4%, traducendosi in significativi risparmi di carburante nelle applicazioni del mondo reale.
3. Applicare l’intelligenza artificiale al meteo e al clima:
I modelli meteorologici e climatici tradizionali producono risultati globali e regionali risolvendo equazioni matematiche per milioni di piccole aree (grid box) nell’atmosfera terrestre e negli oceani. La NASA e i partner stanno ora esplorando nuovi approcci che utilizzano tecniche di intelligenza artificiale (IA) per addestrare un modello di base. I modelli di base vengono sviluppati utilizzando grandi set di dati non etichettati, in modo che i ricercatori possano perfezionare i risultati per diverse applicazioni, come la creazione di previsioni o la previsione di modelli meteorologici o cambiamenti climatici, in modo indipendente e con una formazione aggiuntiva minima. La NASA ha sviluppato il modello di fondazione Prithvi Weather-Climate (Prithvi WxC) open source e pubblicamente disponibile , in collaborazione con IBM Research. Prithvi WxC è stato pre-addestrato utilizzando 160 variabili dal dataset Modern-era Retrospective analysis for Research and Applications (MERRA-2) della NASA sulle più recenti GPU NVIDIA A100 presso la struttura NASA Advanced Supercomputing. Dotato di 2,3 miliardi di parametri, Prithvi WxC può modellare una varietà di fenomeni meteorologici e climatici, come le traiettorie degli uragani, a risoluzioni elevate. Le applicazioni includono previsioni meteorologiche mirate e proiezioni climatiche, oltre alla rappresentazione di processi fisici come le onde gravitazionali.
4. Simulazioni e intelligenza artificiale svelano l’affascinante mondo delle stelle di neutroni:
Per esplorare le condizioni estreme all’interno delle stelle di neutroni, i ricercatori del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, stanno utilizzando una miscela di simulazione, osservazione e intelligenza artificiale per svelare i misteri di questi straordinari oggetti cosmici. Le stelle di neutroni sono i nuclei morti di stelle che sono esplose e rappresentano alcuni degli oggetti più densi dell’universo. Simulazioni all’avanguardia, eseguite su supercomputer presso la struttura NASA Advanced Supercomputing, aiutano a spiegare i fenomeni osservati dal telescopio spaziale a raggi gamma Fermi e dall’osservatorio Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) della NASA. Questi fenomeni includono le stelle di neutroni in rapida rotazione e altamente magnetizzate note come pulsar, i cui meccanismi fisici dettagliati sono rimasti misteriosi sin dalla loro scoperta. Applicando strumenti di intelligenza artificiale come reti neurali profonde, gli scienziati possono dedurre la massa, il raggio, la struttura del campo magnetico e altre proprietà delle stelle dai dati ottenuti dagli osservatori NICER e Fermi. Gli inediti risultati delle simulazioni guideranno studi simili sui buchi neri e su altri ambienti spaziali, oltre a svolgere un ruolo fondamentale nel dare forma alle future missioni spaziali scientifiche e ai concetti di missione.
5. Modellazione del Sole in azione: da piccole a grandi scale
L’attività del Sole, che produce eventi come brillamenti solari ed espulsioni di massa coronale, influenza l’ambiente spaziale e causa disturbi meteorologici spaziali che possono interferire con l’elettronica satellitare, le comunicazioni radio, i segnali GPS e le reti elettriche sulla Terra. Gli scienziati della NASA Ames hanno prodotto modelli 3D altamente realistici che, per la prima volta, consentono loro di esaminare la fisica del plasma solare in azione, da scale molto piccole a molto grandi. Questi modelli aiutano a interpretare le osservazioni delle sonde spaziali della NASA come il Solar Dynamics Observatory (SDO). Utilizzando il codice StellarBox della NASA sui supercomputer presso l’Advanced Supercomputing facility della NASA, gli scienziati hanno migliorato la nostra comprensione delle origini dei getti solari e dei tornado, esplosioni di plasma estremamente caldo e carico nell’atmosfera solare. Questi modelli consentono alla comunità scientifica di affrontare questioni di lunga data sull’attività magnetica solare e su come influisce sul meteo spaziale.
6. La visualizzazione scientifica rende comprensibili i dati della NASA
Le simulazioni e le osservazioni della NASA possono produrre petabyte di dati difficili da comprendere nella loro forma originale. Lo Scientific Visualization Studio (SVS), con sede presso la NASA Goddard, trasforma i dati in informazioni collaborando strettamente con gli scienziati per creare visualizzazioni cinematografiche ad alta fedeltà. L’infrastruttura chiave per queste creazioni SVS include il supercomputer Discover del NASA Center for Climate Simulation a Goddard, che ospita una varietà di simulazioni e fornisce capacità di analisi dei dati e rendering delle immagini. Le recenti visualizzazioni basate sui dati mostrano un’espulsione di massa coronale dal Sole che colpisce la magnetosfera terrestre utilizzando il modello Multiscale Atmosphere-Geospace Environment (MAGE); emissioni globali di anidride carbonica che circondano il pianeta nel modello DYAMOND (DYnamics of the Atmospheric general circulation Modeled On Non-hydrostatic Domains); e rappresentazioni dei modelli meteorologici La Niña ed El Niño utilizzando il modello El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Per maggiori informazioni sulla mostra virtuale della NASA alla Conferenza internazionale su High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis, che si terrà ad Atlanta dal 17 al 22 novembre 2024, visitare:
Per maggiori informazioni sui supercomputer gestiti da NASA High-End Computing, visitare:
Fonte: https://www.nasa.gov/general/six-ways-supercomputing-advances-our-understanding-of-the-universe/
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