九天揽月丨嫦娥五号成功登月背后的高性能计算

2021-01-06 11:31:24 景派科技-市场部 28

2020年12月17日凌晨1点59分,嫦娥五号(Chang'e 5)携带月球的土样品,成功降落于中国内蒙古四王子旗预定区域,标志着中国探月工程的收官之战取得圆满成功。


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嫦娥五号成功返回

此次探月工程是截至2020年12月中国航天最复杂、难度最大的任务之一,探月工程背后凝聚着中国无数航天工程师的心血,嫦娥五号成功返回,有助我国深化月球成因和演化历史等科学研究。

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嫦娥五号登录月球


嫦娥五号成功登月,离不开中国无数航天工程师的努力与坚持,是他们把登月任务变成现实,并成功完成。当然,成功的背后少不了科技的力量的默默付出,其中高性能计算起到了举足轻重的作用,并参与了整个登月任务,准备阶段,发射阶段和成功返回的阶段。

1、登月任务中的仿真模拟计算

2020年11月下旬 ,“嫦娥五号”进发射前,进行了最后一次系统间全区合练,这是公开的演示,这是航天工程师们通过高性能计算平台进行了无数次的计算模拟,得出数据结果后又使用高性能计算平台进行统计计算和仿真模拟测试,通过点到面,再到空间上,在仿真软件上一点一点的积累出的成果。发射到登陆月球表面,其中无论是发射日期的选取,火箭的架构和能源消耗,轨道的选取,天体之间的距离和体积,还是飞行中的阻力因素······等等,有了高性能计算应用中的模拟仿真测试辅助,大大节省了计算时间和人力物力,同时提高了精准度和安全性,节约成本。

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嫦娥五号登月仿真模拟演示

2、登月任务中的人工智能应用

嫦娥五号任务自 2020 年 11 月 24 日成功发射,因为此次嫦娥五号探月任务不是载人航天,嫦娥五号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成,“嫦娥五号”将经历11个飞行阶段:发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月面工作、月面上升、交会对接与样品转移、环月等待、月地转移、再入回收。成功引导中国首次月球轨道无人交会对接,每一个部分都离不开高性能计算,这个环节应用领域作用最大的非人工智能莫属。

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其中难度最高的是,在38万公里外的月球上实现多点、多样化自动采样,全自动月面起飞和月球轨道无人交会对接,完全是自主飞行距离测算,图像识别,神经计算,月球地形探测,自动选取登录区域,月球表面的挖土任务,与重新返回等等一系列连贯的操作,离不开自主思考的人工智能系统。

3、登月任务中的材料分析应用

总历时22天21小时29分钟,嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,标志着中国首次月球采样返回任务圆满完成!此次登月任务中,很多人的目光都投射在了月球带回的“土样品”,接下来会用到高性能计算应用中的材料分析技术,对其进行系统的分析,将会给我们国家带来不可限量的科研成果。


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但是,小编想重点讲述此次登月任务中,高性能计算应用中的材料分析,并不是对月球带回来土样的稀土分析,而是参与了航天过程的长征五号运载火箭(又称胖五)的整构造的材料应用,从胖五的整体材料,和月球探测器的整体设计与材料选取,细致到在月球表面升起的中华人民共和国国旗的材料,都是需要经过严格的材料分析系统进行选取最优方案。其中的材料分析又涉及到了无机材料,超导材料,钙钛矿,稀土金属,非金属,拓扑材料,合金材料,高压材料,纳米材料,有机材料·······等等,均是这次登月任务中需要高性能计算应用中的材料分析协助完成的。


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国旗在月球模拟展开动画
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国旗在月球上展开拍摄照片

展开的国旗以国产高性能芳纶纤维材料为主、采用武汉纺织大学获国家科技进步一等奖的“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”,攻克了高模量差异纤维高品质纱线制备的技术难题,制备出高品质月面展示国旗面料。通过以上技术攻关,实现了国旗在太空环境中耐受极端高真空、高低温循环,以及强计量紫外辐照等条件的高色牢度颜色构建的目的。

4、登月任务中涉及的其他高性能计算应用领域

小编重点讲述了高性能计算应用领域中的仿真模拟、人工智能和材料分析在登月任务中重要作用,除此之外,还有很多其他的应用领域,比如理论物理,高能物理,地球物理,天体物理,没有他们基础计算数据,整个计划只能变成空谈;还有大气环流,灾害预测,这是最佳发射时间的选取重要组成因素;航天航空科技,长征五号运载火箭发射等航天技术;其中还有很多我们不知道的高性能计算应用,都共同起到了必不可少的作用,缺一个不可。

5、高性能计算无处不在

高性能计算的应用,我们在以往的文章“智能超算超级在哪里?

今天我们来了解高性能计算mp.weixin.qq.com

”(可点击文章名进行跳转),也对高性能计算作了详细的介绍。

我们在使用计算机的时候常会听到“硬件”和“软件”这两个名词,没错,高性能计算平台也是主要由这两部分构成。硬件:高性能计算平台的硬件组成与个人计算机组成基本相同,主要是由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。但是高性能计算平台超强的数据分析处理能力、超大的存储容量、巨大的能耗是个人计算机无法比拟的。软件:高性能计算平台在硬件方面是非常强大的,但是同时为了发挥出它最大的性能,软件方面也很重要。现在的超级计算机60%以上都是使用了为许多学计算机和软件的程序员们所熟知的Linux操作系统,大多数高性能计算平台的系统是基于Linux来适应不同应用而量身定制的。

景派科技专注于高性能计算领域服务与产品解决方案,为有高算力需求的用户,提供全方位的中小型高性能计算解决方案。主要服务于领域:物理计算、生命科学、化学、材料分析、人工智能、工程仿真和军工科研等,能根据客户的具体业务内容和特征提供高性能计算服务器集群、集群监控与管理软件、应用软件代理、计算环境优化、超算机时、高性能运维服务等全方位高性能计算解决方案。

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