Những siêu máy tính cực mạnh đóng vai trò cốt lõi đối với NASA, từ mô phỏng khí hậu và thời tiết toàn cầu tới phát triển công nghệ hạ cánh trên hành tinh khác.

 

1. Thiết kế taxi bay an toàn và hiệu quả

 

Sử dụng siêu máy tính của NASA, các nhà nghiên cứu mô phỏng hiệu suất khí động học của một số cấu hình taxi bay hứa hẹn chở người và hàng hóa ở đô thị và ngoại ô trong tương lai. Những mô phỏng độ phức tạp cao sẽ được sử dụng để thiết kế taxi bay hay còn gọi là phương tiện Advanced Air Mobility (AAM) an toàn, êm ái và hiệu quả.

 

NASA cũng đóng vai trò quan trọng trong phát triển AAM bằng cách xác định lĩnh vực nghiên cứu chủ chốt và khái niệm hóa thiết kế của AAM. Mô phỏng gần đây tập trung vào hiệu suất của cánh nghiêng và rotor đơn. Mô phỏng tiến hành trên các siêu máy tính như Aitken ở cơ sở Siêu máy tính cao cấp NASA (NAS) tại Trung tâm nghiên cứu Ames trong thung lũng Silicon, California, được giải quyết chỉ trong vài ngày. Tìm hiểu cấu trúc dòng chảy ở máy bay cánh quạt là chìa khóa để đạt mục tiêu về hiệu suất và độ ồn.

 

2. Bảo vệ robot tự hành an toàn trong quá trình hạ cánh mạo hiểm

 

Trình tự bay qua khí quyển, hạ thấp và tiếp đất (EDL) của các robot và trạm đổ bộ sao Hỏa do NASA phát triển thường được mô tả như "7 phút kinh hoàng" do hàng trăm thao tác chủ chốt cần diễn ra thành công mà không có sự can thiệp từ Trái Đất, bởi độ trễ tín hiệu giữa hai hành tinh. Khoảng 4 phút sau khi hạ thấp, dù bung ra từ cỗ máy phải căng phồng hết mức có thể bất chấp không khí nhiễu động mà không bị rách. Đây là một trong những nguy cơ lớn nhất của EDL và rất khó dự đoán.

 

Sử dụng siêu máy tính Aitken, các kỹ sư ở Ames đang phát triển khả năng giảm chi phí và rủi ro thông qua mô phỏng và phân tích nhiều tình huống mở dù siêu thanh, vốn quá tốn kém để nghiên cứu bằng bay thử nghiệm. Một lợi thế khác của mô phỏng là mức độ chi tiết có thể rút ra. Thông tin có thể giúp những kỹ sư phát triển hệ thống EDL thế hệ tiếp theo, nhằm xử lý khối hàng nặng hơn trong nhiệm vụ sao Hỏa tự động tương lai như đưa mẫu vật về Trái Đất.

 

3. Lập mô hình vật liệu tấm chắn nhiệt tàu vũ trụ ở cấp vi mô

 

Phần mềm Phân tích vi cấu trúc rỗng (PuMA) của NASA sử dụng kỹ thuật chụp cắt lớp vi mô tia X để tạo hình ảnh 3D độ phân giải cao cấu trúc bên trong của vật liệu. PuMA do Ames phát triển cung cấp hiểu biết chưa từng có về những vật liệu dùng trong tấm chắn nhiệt tàu vũ trụ, dù siêu thanh và phân tích thiên thạch. Các nhà nghiên cứu NASA sử dụng PuMA để phát triển vật liệu ở hệ thống chống nhiệt mới (TPS) cho nhiệm vụ tương lai. Siêu máy tính hiệu suất cao của NASA cung cấp cho nhà khoa học khả năng chạy mô hình kích thước thật trên cấu trúc vi mô của vật liệu. Điều này giúp đảm bảo an toàn cho tàu vũ trụ tương lai, đặc biệt trong giai đoạn hạ thấp nguy hiểm.

 

Dù là phần mềm nguồn mở nhằm dự đoán đặc điểm vật liệu cho TPS, PuMA cho phép nhà khoa học kết hợp vật liệu từ hình dáng đơn giản tới dạng hình học kết sợi phức tạp, giúp nghiên cứu hiệu suất của vật liệu như tính dẫn điện, độ co giãn, thẩm thấu, thậm chí cách chúng oxy hóa.

 

4. Dự đoán thời tiết và khí hậu để bảo vệ an toàn cho con người

 

NASA đang nâng cấp khả năng lập mô hình khi tạo ra bản sao kỹ thuật số độ phân giải 1,5 km của Trái Đất bằng siêu máy tính. Phòng mô hình toàn cầu ở Trung tâm bay vũ trụ Goddard của NASA tại Greenbelt, Maryland, sử dụng dữ liệu quan sát trong lịch sử để mô phỏng thời tiết và khí hậu của Trái Đất. Mô hình quan sát Trái Đất trên toàn cầu NASA (GEOS) hiện nay cung cấp khung thử nghiệm cho các nghiên cứu về thời tiết và khí hậu với bộ xử lý đồ họa siêu nhanh. GEOS có thể phục vụ nghiên cứu hệ thống đại dương - khí quyển, phát thải carbon và giao thông ở độ phân giải cực cao.

 

5. Khám phá quá khứ, hiện tại và tương lai của các hành tinh ở trong và ngoài hệ Mặt Trời

 

Siêu máy tính giống như "cỗ máy thời gian" mà các nhà khoa học có thể sử dụng để khám phá vũ trụ trong quá khứ, hiện tại và tương lai. Sử dụng siêu máy tính Discover của Trung tâm mô phỏng khí hậu và mô hình ROCKE-3D, các nhà khoa học đến từ Viện nghiên cứu vũ trụ Goddard ở New York mô phỏng khí hậu của những hành tinh nằm trong và ngoài hệ Mặt Trời. Mô phỏng cho thấy cách đây 3 tỷ năm, sao Kim, hành tinh gần Trái Đất nhất, có khí hậu ôn hòa đủ lâu để đại dương tồn tại. Sao Kim có thể là thế giới ở được đầu tiên trong hệ Mặt Trời.

Ở xa Trái Đất hơn, khi chạy mô hình ROCKE-3D, giới nghiên cứu phát hiện ngoại hành tinh Proxima Centauri b có khả năng tồn tại sự sống cao hơn suy đoán trước đấy. Mô phỏng về Mặt Trăng hé lộ nước do núi lửa cổ đại giải phóng gần xích đạo có thể đọng ở vùng cực. Con người có thể sử dụng nguồn nước này cho công cuộc khám phá trong tương lai.

An Khang (Theo Sci Tech Daily)