Wie viele Petaflops braucht man, um auf dem Mond zu landen? Was braucht Artemis mit einem Aitken?

Erstens kann es viel Computerleistung erfordern, Flugbahnen zu berechnen, wenn sie mehrere Gravitationsschleudern beinhalten, um den Treibstoffverbrauch zu reduzieren. Dies liegt nicht daran, dass die Berechnung jedes Segments schwierig ist, sondern daran, dass der Suchraum zumindest potenziell exponentiell in der Anzahl der Gravitationsschleudern ist. Ich bin mir ziemlich sicher, dass sich das Ding in The Martian darauf bezog. (Möglicherweise gibt es clevere Tricks zum Reduzieren des Suchraums, von denen ich nichts weiß.)

Eine Erde-Mond-Trajektorie enthält jedoch wahrscheinlich nicht viele Schleudern!

Aber das Berechnen von Flugbahnen ist nicht alles der Raumfahrt: es ist nicht einmal das meiste davon. Beispielsweise möchten Sie vielleicht wissen, wie sich Ihre Konstruktion in der Atmosphäre verhält, oder wie sich Ihre Motoren unter Last verhalten, oder welche Schwingungsmoden in der Struktur Ihres Fahrzeugs ein Problem darstellen und wie Sie die Masse minimieren können Während das Ding nicht unter Pogo oder einer anderen unglücklichen Vibration leidet, versagt es noch weniger insgesamt. Ist das Ding stark genug, um Stößen verschiedener Art standzuhalten – wie versagt Ihr schickes Material, wenn es zum Beispiel von Schaumstückchen getroffen wird? Und es gibt viele, viele andere technische Fragen, auf die Sie Antworten benötigen.

Sie können diese Probleme auf verschiedene Weise lösen:

• Überkonstruieren Sie das Ding so, dass Sie wirklich ziemlich sicher sind, dass es unter keinem der oben genannten Probleme leiden wird.
• viele experimentelle Dinge bauen, sie fliegen und sehen, was schief geht, das Design sukzessive verfeinern;
• Modelle des Dings in einem Computer bauen und ihr Verhalten simulieren .

Das letzte davon ist enorm billiger als die ersten beiden: Es lässt Sie eine große Anzahl von Optionen erkunden und führt zu etwas, das nahezu optimal sein kann, ohne viele experimentelle Fahrzeuge und Teile davon physisch bauen zu müssen.

Sie kaufen also (zeitweise) ein HPC-System und tun das.

All diese Rechenleistung ist nicht dem Artemis-Projekt gewidmet. Wie Sie im Text Ihrer Frage zitieren,

Der neue Supercomputer wird von mehr als 1.500 Wissenschaftlern und Ingenieuren aus dem ganzen Land eingesetzt, unter anderem bei Projekten wie der Entwicklung eines effizienteren Quadcopters oder der Simulation des Inneren unserer Sonne.

Nicht die gesamte Rechenleistung wird für das Artemis-Projekt verwendet, daher ist klar, dass Sie nicht die gesamte Rechenleistung benötigen, um eine Mondlandung zu simulieren. Ohne mehr über die tatsächlichen Simulationen zu wissen, die sie ausführen, ist es nahezu unmöglich zu sagen, wie viel Rechenleistung tatsächlich benötigt wird. Verdammt, ich kann Kerbal Space Program auf meinem 5 Jahre alten Laptop starten und eine Mondlandung simulieren, aber ich muss davon ausgehen, dass die Simulationen der NASA etwas detaillierter sind.

Braucht die „Modellierung und Simulation des Einstiegs, des Abstiegs und der Mondlandung“ wirklich über 46.000 Kerne, 3,69 Petaflops und 221 TB Speicher?

Nein. Eine Maschine mit der Leistung eines Raspberry Pi ist gut genug, um einige Simulationsprobleme zu lösen. Eine nette Desktop-Maschine wird mehr als genug Schwung haben , um viele, viele weitere Simulationsprobleme zu lösen. Auf der anderen Seite gibt es eine kleine Anzahl von Problemen, die Schiffsladungen an Rechenleistung erfordern.

Koppeln der Multi-Kilohertz-Simulation, die zur Untersuchung von Flex- und Schwappproblemen erforderlich ist, mit dem 2159 x 2159 EGM2008-Erdgravitationsmodell, dem höchsten Erdrotationsmodus, dem Erdatmosphärenmodell mit der höchsten Präzision, und dann zur Durchführung von Zehntausenden von Monte-Carlo-Läufen ab dem Start bis zur Landung, und ja, Sie werden vielleicht feststellen, dass Sie einen Supercomputer brauchen. Aber das zu tun ist mehr als dumm.

Allerdings lieben einige Teile der NASA den Overkill und haben eine One-Size-Fits-All-Mentalität. Dies führt zu einer einzigen Simulation, die in der Lage ist, Flex, Slosh zu modellieren, eine Erdgravitation von 2159 x 2159 verwendet und ein lächerlich teures Erdatmosphärenmodell mit einem Plattenmodell des Fahrzeugs verwendet. In diesem Fall braucht man vielleicht einen Supercomputer, um die einfachsten Probleme zu lösen. Oder man könnte mit einer viel einfacheren Simulation, die auf einem Raspberry Pi recht gut läuft, qualitativ die gleichen Ergebnisse erzielen.

Sie werden Artemis helfen, aber nicht so, wie Sie vielleicht denken

Die Erfahrung mit dem Apollo-Programm zeigt uns, wie viel Rechenleistung es braucht, um zum Mond zu gelangen. Das Raumschiff selbst wurde vom Apollo Guidance Computer gesteuert , der einen Befehlssatz, eine Befehlsgeschwindigkeit und einen Speicherplatz hatte, der in etwa mit dem Mikrocontroller in einem heutigen Mikrowellenherd vergleichbar war.

Sie brauchen also keinen Supercomputer, um das Raumschiff zu betreiben.

Es scheint ein Missverständnis zu geben, dass die AGC autonom war. Tatsächlich erforderten die meisten Programme, dass Dutzende von Parametern in Houston vorberechnet und dann in die AGC eingegeben wurden. Diese Parameterberechnungen wurden von IBM-Mainframes in Houston durchgeführt. Gemäß dem zusammenfassenden Bericht des Apollo-Programms , Abschnitt 7.3.1 "Befehlssysteme":

Der Computer war ausgereift, ebenso wie die Nutzung der digitalen Kommunikation. Während die Hochfrequenzmodulation gleich blieb, ersetzten modifizierte 642B-Computer das digitale Befehlssystem. Uplink-Befehle wurden nicht mehr direkt von Houston übertragen. Jeder Computer der entfernten Station wurde mit eindeutigen Befehlswörtern programmiert, und die Ausführungsentscheidung vom Mission Control Center wurde zu Anfragen nach den vorprogrammierten Befehlswörtern. Darüber hinaus war das Mission Control Center nicht mehr auf die Befehlsausführung durch drei Stationen beschränkt, da 13 Prime-Range-Stationen innerhalb des Manned Space Flight Network über einen ähnlichen 494-Computer im Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, mit einem 494-Computer in Houston verbunden waren .

Obwohl die heutigen Dumbphones leistungsfähiger sind als diese Mainframes, waren sie damals State-of-the-Art. Houston hatte gegenüber dem Raumschiff keinen Vorteil in Bezug auf bessere Computer, aber es hatte auch mehr Fachwissen und eine bessere Verfolgung der Position und Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs.

Sie brauchen also keinen Supercomputer, um die Flugbahn eines Raumfahrzeugs zu berechnen.

Warum also hat die NASA Supercomputer ? Wie ich in meiner Retrocomputing- Antwort auf „Hat ein Shuttle-Start den größten Teil der weltweiten Rechenleistung beansprucht?“ Erklärt habe,

Die Abteilung führt Berechnungen für Strömungsdynamik, Flugzeugdesign, Wettermodellierung und Meeresströmungsvorhersage durch. Sie verfügen auch über Ressourcen für die Datenvisualisierung und umfangreiche Datenspeicherung. Das ist alles für die Forschung und wird eigentlich nicht für einen Shuttle-Start benötigt.

Artemis braucht Raketentriebwerke. Wenn neue entwickelt werden, möchten Sie die Strömungen im Motor simulieren. Dafür braucht man einen Supercomputer.

Artemis wird ein Fahrzeug brauchen, um wieder in die Erdatmosphäre einzutreten. Sie werden den Wiedereintritt verschiedener Formen und Größen simulieren wollen. Dafür braucht man einen Supercomputer. (Tatsächlich wurde die endgültige Form des Space Shuttles durch Supercomputer-Simulationen entwickelt.)

Starts und Landungen müssen das Wetter viele Tage im Voraus kennen. Dafür braucht man einen Supercomputer.

Sie brauchen also einen Supercomputer, aber nicht so, wie Sie es erwartet haben.