速看：虹科分享 | 流浪地球背后：运载火箭行业的高性能计算！

当长征系列运载火箭直冲云霄时，你想到的是什么？

是嫦娥奔月，是技术革新，是一望无际的星空，是伟大的航天员

还是流浪地球中用火箭推进太空天梯的科幻场景

(资料图片)

我想到的是运载火箭行业背后的高性能计算

是无数次的计算模拟

是一次次仿真测试

运载火箭成功的那一刻，是无数个数据支撑的成功！

下面分享全球小型运载火箭的领先开发商Firefly Aerospace的高性能计算案例。

公司简介

Firefly Aerospace（萤火虫太空公司）于2017年创立，是全球小型运载火箭的领先开发商。

公司发展前景：

1.Firefly正在开发一系列运载火箭和太空飞行器，以及提供领先的可负担、便捷性和高可靠性的行业服务。

2.Firefly的运载火箭利用通用技术制造基础设施、提高发射能力和提供低地球轨道（LEO）发射的解决方案，可以最低的成本在小型起重级别中装载大约10公吨的有效载荷。

3.结合Firefly的太空飞行器，如轨道转移飞行器和Genesis着陆器，Firefly为航天工业提供了一个完成月球表面或更远任务的一站式服务点。

运载大型通信卫星和小型通信卫星的火箭价格十分昂贵，卫星的所有者一般无法支付运载火箭的全价。但是Firefly开发出的Alpha火箭解决了这个问题，Firefly也因此成名。

Firefly Alpha是一种小型卫星发射器，可以将1000公斤重物部署到近地轨道。然而，由于火箭组件的制造成本非常高，并且通常只能在实际飞行中进行测试，所以火箭组件需要极其精确的建模，不能出现任何错误。此外，火箭组件模拟非常复杂且需要密集的计算资源。因此，Firefly需要像HK-Nimbix这样的HPC合作伙伴的资源、灵活性和可靠性对其提供支持。

虹科提供的Nimbix（HK-Nimbix）高性能计算套件是一套灵活且安全的即服务高性能计算 (HPC) 解决方案。这种面向云中的HPC、AI和Quantum的即服务模型为客户提供了访问最广泛的HPC和高性能计算产品组合的权限—从硬件到裸机即服务，再到先进计算的民主化、是跨公共和私有数据中心的云。

挑战

1.原有HPC无法快速迭代、调试和改进火箭设计：由于Firefly火箭模拟所需的数据量、带宽和内核数量庞大，原有HPC供应商的基础设施和接口使研发团队难以快速迭代、调试和改进其设计。Lightning发动机的喷嘴延伸部分就是这种情况，它是火箭发动机的一部分，只有在发动机进入太空时才会使用。

2.设计精度难以达到最佳：在真空室中运行大型火箭发动机既困难又昂贵，因此喷嘴延伸等部件仅在飞行中进行测试——这意味着发射的成功或失败可能取决于设计的精度。因此，为确保最佳设计，Firefly需要随时可用、高度可扩展且易于使用的计算资源，使得他们能够在最短的时间内开启新作业，并且无论火箭规模如何，他们只需为其实际使用的资源付费。

McKinnon说：“一次模拟可能涉及求解具有六个未知数和一亿个数据元素的六个方程，而每次迭代求解6亿个方程通常需要一万个核心。因此，我们不能坐以待毙，仅仅只在队列中等待计算资源。我们需要一家能够解决数量、频率和大量计算能力的HPC供应商，找到能够解决实际问题的创造性解决方案。”

模拟过程中使用的工具

1.使用计算流体动力学（CFD）仿真来模拟影响喷嘴延伸的因素：对流、辐射和传导。

2.利用Ansys CFD软件（主要是Ansys CFX和Ansys Fluent）以及 Ansys Mechanical 进行结构分析。

3.运行NASA开发的CFD仿真和设计程序，包括NASTRAN（有限元分析）、NASA CFD代码以模拟流体流动，以及Cart3D和FUN3D。

这些工具在Nimbix HPC云基础设施的按需资源上运行，使Firefly能够准确地模拟实际火箭飞行期间热量和热力如何影响喷嘴延伸的操作。

HK-Nimbix Cloud—高性能计算Nimbix云：由JARVICE™提供支持，JARVICE™是专为真正的高性能计算（HPC）构建的平台。使用JARVICE™，企业可从任何网络连接、在任何设备上按需加速超级计算的渠道，是在云中使用复杂应用最简单、最方便的方法。

工程解决方案

通过使用Nimbix HPC云基础架构，可以随时提交任何规模的模拟作业，并确保开始执行的等待时间最短。

具体来说，随时可用的资源意味着研发团队可以随时获得想要的计算结果，从而更快地做出最佳设计决策。例如，一位分析师能够在一周内运行15次迭代来设计一个挡板，该挡板能将薄膜冷却气流优化分配到喷嘴延伸上。分析师也可以以合理的成本制造其设计。

使用HK-Nimbix为Firefly带来的优势：

1.将设计迭代从几天缩短到几小时；

2.通过HPC基础设施和带宽的按需可用性，可以并行运行多个仿真，进一步缩短整体设计时间；

3.能够快速分析庞大的数据集和评估新工程设计理念，为Firefly的火箭运载工具提供关键组件的优化设计；

4.借助HK-Nimbix，Firefly能够做出更快的分析和设计决策以解决喷嘴延伸冷却问题。

5.借助HK-Nimbix，研发团队在严格设计要求的前提下，能够确定搭建薄膜冷却增压室和喷嘴扩展的低成本方法。

与业内使用的其他方法相比，增压室和喷嘴延伸设计的解决方案为每台发动机节省了大约十万美元。McKinnon也总结说：“HK-Nimbix运行模拟的速度和准确性帮助我们为客户搭建更可靠且更便宜的火箭，并在实际条件下可以按期工作。”

除了应用于运载火箭行业，HK-Nimbix高性能计算套件还可以用于如下行业：

电信行业：高保真度快速评估原型设计的空气动力学性能，例如设计空中信号塔。

生物科技行业：提供创新产品设计的HPC资源及并行计算能力，例如设计具有生物识别认证功能的指纹传感器。

能源行业：提供运行模拟软件的HPC资源，例如设计消融探针。

通信行业：为产品创新设计提供HPC资源，例如设计毫米波天线。

高校科研：提供科研计算所需的HPC云，例如加快高校实验室火箭发动机设计速度。

汽车制造行业：为运行计算流体动力学 (CFD) 仿真提供HPC资源，例如优化某赛车的空气动力学性能。

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标签： 运载火箭 解决方案 基础设施