从神一到神十三，探索中国航天背后“神秘”力量

神舟十三号之后，中国空间站将全面进入建造阶段，天舟四号货运飞船、神舟十四、问天实验舱等将陆续在中国空间站会合。可以说，2022年将是中国航天承上启下的关键之年，中国将以此为起点，踏上太空探索的更遥远的征程。

中国航天的成功，离不开无数航天工程师的努力和坚持，是他们把航天任务变成现实并成功完成阶段性技术的突破。当然，成功的背后也少不了科技力量的默默付出。理论物理、高能物理、地球物理及天体物理提供了基础计算数据；大气环流及灾害预测是最佳发射时间选取的重要组成因素。

除此之外，高性能计算领域内的技术起到了举足轻重的作用。

人工智能解决了航天飞行任务规划中涉及较为复杂的逻辑推理和众多的约束条件。材料分析对航空航天器的制造有着重要作用，直接关系到整个探索任务能否顺利完成。仿真模拟缩短了航天器的制作时间，使得连续发射成为可能。

本文将重点和大家聊聊航天、仿真模拟和云计算之间的关系。

航天器在宇宙空间中长期处于高真空、强辐射、失重的环境中，有的还要返回地球或者其他天体上着陆，经历的环境相当复杂及恶劣。

为了保证航天器中的机械零件不会出现问题，需要不断做实验才能得到确切的结果，传统的实验数据需要科学家付出大量的精力来演算，但是这样做既费时又费力，也需要极大的资金支持。

在这种情况下，人们想到了计算机，因为计算机不仅计算速度快而且有着高精度。后来还出现了专门用于仿真模拟的软件来模拟航天器发射之前各种可能出现的状况。

比如有限单元法首先是应用于航空工业中结构的力学特性分析。发展至今天，已成为工程数值分析的有力工具。现在的有限元分析软件在航天领域发挥了重要作用，不仅可以进行结构的静力学和动力学分析，也可以计算结构在热载荷和声载荷等作用下的应力应变分布情况。

有限元单元法的基本思想是将一个结构或连续体的求解域离散为若干个子域，并通过他们边界上的节点相互联结成为组合体。使用每一个单元内所假设的近似函数来分片地表示全求解域内待求得未知场变量。

以卫星结构来说，每颗卫星都设有结构分系统，卫星结构的主要功能包括承受载荷、安装设备和提供构型3个方面。在满足卫星结构、机构的功能要求和一般机械构件设计的特征外，还需要满足6大设计特点，分别是尽量减小质量、利用有限容积、突出刚度设计、适应空间环境、保证高度可靠及满足一次使用。

复杂的环境、高精度的设计及反复的实验，这其中的计算量可想而知。随着技术的进步和对宇宙更深的探索，仿真模拟对计算资源和软硬件配置的需求急速增长。算力成为支撑仿真模拟的核心力量。

而在本地算力资源不足以支撑如此海量的计算量的情况下，仿真模拟已进入以云计算为主导的世界。通过云计算，可以在有限成本内，应用强大的硬件体系和丰富的软件生态。对于仿真软件来说，这可以极大程度地解决需要大量的数据处理、计算、存储的问题。同时云计算平台能够大幅度地降低投入成本，不需要客户花费大量的人力物力从 0 开始搭建。

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案例如下
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3 线下前后处理与到线上求解计算流程割裂

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在北鲲云的助力下，该公司成功解决了资源峰值需求过载问题，避免了过度投资或者预估资源不足的情况，并且打通了CAE前后处理、计算求解和分析后处理全流程，加速处理复杂模型的仿真，大大缩短了制作时间。研发相同零件的总成本创新低。

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