联想HPC助力神十一核心计算任务

2016-10-17 15:41:00 作者:比特网 分类 : 比特网

  10月17日7时30分,搭载着“神舟十一号”载人飞船的长征二号FY11火箭在酒泉卫星发射中心顺利发射升空。飞船进入太空后,将和天宫二号空间实验室进行交会对接,形成组合体飞行30天,这将是我国迄今为止时间最长的一次载人飞行。

  联想自2012年与中国载人航天工程办公室建立战略合作伙伴关系以来,联想服务器、工作站及网络交换机在轨道计算、模拟仿真、航天器设计等关键环节,承担了大量重要的计算工作,为载人航天工程顶层决策提供了有力技术支撑。

  更值得一提的是,在本次发射任务中,一台联想P系列移动工作站,也随着神十一飞行组两名航天员首次进驻太空实验室。该设备将作为航天员的工作和生活用机,为科学实验信息采集、数据分析、网络接入等提供支持。在工作间隙,航天员还可以使用移动工作站进行娱乐,以及与地面上的家人开展视频通话。

  本次载人航天工程任务中,飞船飞行高度比之前“神十”的343公里轨道高了50公里。飞船进入轨道后,在393公里高空,以每秒7.8公里的速度飞行,一天绕地球运行约16圈。期间有可能会面对太空垃圾、光照、磁暴、太阳风等各种太空干扰,一颗黄豆大小的太空垃圾,就能造成箭毁人亡的惨剧。

  因此,轨道计算在整个过程中尤为重要。联想为中国载人航天工程总体仿真实验室,提供了一套以联想高性能计算系统(HPC)和 ThinkStation 图形工作站为核心的仿真系统,使实验室拥有了强大可靠的计算能力,从容应对飞船和轨道的各种状态所需的精确计算。

  中国载人航天工程总体仿真实验室

  预计未来2-3天内,天宫二号将与神舟十一号将迎来交会对接阶段,共同搭建起“太空之家”。要保证两个重达8吨多的飞行器严丝合缝地对接到一起,这对精度提出了非常高的要求。“神十一”飞船共配备12个平移发动机,每个发动机最小的喷射力度仅为1牛顿,可以从不同相位调整飞船的方向、速度和加速度,在运动过程中完成轨道的调整,精确度非常之高,确保最优的轨道维持和最优的变轨规划。虽然航天器的操控日益自动化,但是航天员手控交会对接的训练必不可少。对接很容易出现三种相位偏差,一是左右上下的俯仰偏差;二是位置偏差;三是发生了旋转,产生了姿态的偏离。

  因此,航天员要在大量的模拟仿真训练中对这六个自由度的偏离进行很好的把握。航天员在地面进行交会对接的飞行仿真对接,后台模拟控制系统需要实时测量位置姿态、从传感器读取数据,并对读取的数据进行处理,变成控制量输出,在此期间要把上百个环节做成数学模型,利用联想服务器算出正确的轨道和相对的空间位置并进行实时在线监控,这对服务器和图形工作站可靠性和计算性能提出了极为严苛的要求。

  天宫二号与神舟十一号对接模拟图

  神舟十一号载人飞船和长征二号FY11火箭都是经过大量空气动力学和材料学的计算设计而成,而这个过程中,风洞试验是航天器设计中不可缺少的部分。但物理风洞存在着设计周期长、代价高的问题,而仿真风洞则很好地解决了这个问题,在计算机上建立一个集流体动力学计算、可视化以及三维交互等功能于一体的基于虚拟环境的风洞模型,这样可以在理论计算和分析的基础上动态模拟分型部件在风洞中的实际情况,从而不断修改、优化部件形态。

  这个过程中,后台联想高性能计算系统需要进行高负荷的密集运算来模拟物理风洞实验的条件,而前台的工作站则进行实时渲染,生成可视化界面,除了需要强大的性能支持外,也需要稳定可靠的品质,避免宕机风险。仿真风洞实验的应用,节省了大量实验经费,也大大缩短了计算周期,提高了航天器设计的可靠性。

  搭载神舟十一号飞船的长征二号火箭

  联想集团高级副总裁、中国区总裁童夫尧表示:“联想一直关注中国载人航天事业的发展,能为此次‘神十一’提供自主可控、性能优异、稳定可靠的产品设备及技术支持,联想感到十分自豪与荣幸。未来,联想将一如既往注重科技创新,与中国载人航天工程一同腾飞。”

  神舟十一号载人飞船的成功发射标志着中国2022年建成空间站的目标进入倒计时。联想将继续为载人航天工程提供高稳定性、高性能的服务器、工作站、网络产品等设备,全面支持中国载人航天事业,助推中国航天强国梦。

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