無論是開發登陸其他星球的新技術，改善國內的航空旅行，還是更真實地模擬全球天氣和氣候，超級計算都是NASA任務成功的關鍵。以下是NASA最近在強大的艾特肯超級計算機幫助下進行創新的5種方式。

這個氣流可視化顯示了美國宇航局的六人傾斜翼概念高級空中機動車在巡航或”飛機模式”下的渦流尾流。該圖像顯示了傾斜翼多旋翼配置的氣流的複雜性，其中許多旋翼相互作用，機翼和機身。資料來源：NASA/Patricia Ventura Diazfesta

1. 設計安全、高效的空中出租車。

利用美國宇航局強大的超級計算機，研究人員正在模擬幾種有前途的空中出租車配置的空氣動力學性能，這些載具有朝一日將在城市和郊區運送乘客和貨物。高度複雜的模擬將被用來幫助設計和開發這些未來的空中出租車–也被稱為先進空中機動性（AAM）載具–它們將是安全、安靜和高效的。

美國宇航局通過確定關鍵研究領域和構思AAM載具的設計，在AAM的發展中發揮了重要作用。最近的模擬重點是傾斜翼和安靜的單主旋翼AAM概念飛行器的性能。仿真是在美國宇航局位於加州矽谷的艾姆斯研究中心的高級超級計算機（NAS）設施上進行的，這使得這種複雜的仿真可以在短短幾天內得到解決。了解這些旋轉翼飛機的複雜流動結構是達到AAM性能和噪音水平目標的關鍵。

先進超音速降落傘充氣研究實驗（ASPIRE）模擬的圖像顯示了流體-結構相互作用的動態和相對流速（馬赫數，黃色為高，黑色為低）。該模擬的目的是與ASPIRE第一次飛行測試期間將出現的峰值充氣力相匹配。資料來源：NASA/Michael Barad和Jonathan Boustani

2. 在危險的著陸過程中保持行星探測裝置的安全。

美國宇航局火星登陸器的進入、下降和著陸（EDL）序列被稱為”恐怖七分鐘”，因為由於兩個星球之間的信號滯後，數百個關鍵事件需要在沒有地球干預的情況下成功發生。大約在下降四分鐘後，航天器展開了一個降落傘，該降落傘必須盡可能均勻地充氣，儘管有湍流的空氣尾流，而且緊密編織的織物沒有任何裂縫或破損。這是EDL最危險的方面之一，也是眾所周知的對預測的挑戰。

利用該機構的艾特肯超級計算機，埃姆斯的工程師們正在開發通過模擬和分析超音速降落傘膨脹的許多情況來降低風險和成本的能力，而使用飛行試驗來研究這些情況成本太高。仿真的另一個優勢是可以提取精細的細節–這些信息可以幫助工程師開發下一代EDL系統，能夠處理未來機器人火星任務的更重的有效載荷，如火星採樣返回。

這個可視化顯示了使用NASA的多孔微結構分析（PuMA）軟件對由碳/石墨製成的纖維氈狀材料進行的傳熱模擬。在模擬中，一個小的溫度梯度被強加在材料的微結構上，穩態溫度曲線和熱通量被確定。資料來源：NASA/Joseph C. Ferguson, Stanford University; Federico Semeraro和John Thornton, NASA/Ames

3. 在微觀層面上對航天器的熱屏蔽材料進行建模。

NASA的多孔微結構分析（PuMA）軟件使用X射線顯微層析技術來生成材料內部結構的高分辨率三維圖像。在埃姆斯開發的PuMA為用於航天器熱屏蔽、超音速降落傘和隕石分析的材料提供了前所未有的洞察力。NASA的研究人員使用PuMA為未來的太空任務開發新的熱保護系統（TPS）材料，而NASA的高性能超級計算機為材料科學家提供了對材料的微觀結構進行全面建模的能力。這有助於確保未來航天器的安全，特別是在危險的下降階段。

雖然這個開源軟件最初是作為預測航天器TPS的材料特性的工具而創建的，但PuMA已經擴展到為科學家提供將材料生成–從簡單的形狀到復雜的纖維編織幾何形狀–與材料的性能研究相結合的能力，如其導電性、彈性、滲透性，甚至其氧化的方式。

2019年10月7日，西太平洋上的強熱帶氣旋”海吉星”達到了超強颱風級別。插圖是2019年10月10日來自Himarawi-8衛星的可見光衛星圖像。較大的圖像是實驗性GEOS模型產生的可見雲圖像。哈吉比斯有一個明確的颱風眼，充滿了淺層的、低層的雲，周圍是深層的對流帶和長長的雲流，被捲入東北方向的一個熱帶外鋒系統。資料來源：NASA/William Putnam

4. 預測天氣和氣候以保證人類安全。

美國宇航局正在推動建模能力的邊緣，利用超級計算機創建一個1.5公里（約1英里）分辨率的全球數字孿生地球。位於馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心的全球建模和同化辦公室正在使用歷史觀測數據來模擬地球系統的天氣和氣候。美國宇航局全球地球觀測系統（GEOS）模型和同化系統是該機構的旗艦系統，用於加強對美國宇航局大量地球觀測數據的使用。

隨著機器學習能力的巨大擴展和超高速圖形處理單元編程範式的改進，GEOS現在已經準備好在NASA內部為天氣和氣候研究提供一個實驗性框架。GEOS模型將具有一系列能力，包括海洋-大氣耦合地球系統建模，碳排放的高級研究，以及超高分辨率的傳輸。

30億年前金星的模擬表面溫度圖，有310米深的動態海洋。大陸上的溫度大約或低於水的冰點。這是因為這個星球旋轉得非常慢，在金星的夜晚，大陸變得相當寒冷。資料來源：美國國家航空航天局/邁克爾-韋

5. 探索我們太陽系內外行星的過去、現在和未來。

超級計算機就像計算的”時間機器”，科學家用它們來探索過去、現在和未來的宇宙。使用美國宇航局氣候模擬中心的Discover超級計算機和ROCKE-3D計算機模型，來自紐約美國宇航局戈達德空間研究所的科學家正在模擬太陽系內外行星的氣候。這些模擬顯示，30億年前，地球最近的行星鄰居金星可能已經有足夠長的時間處於溫帶狀態，以至於有了海洋–使金星可能成為我們太陽系中的第一個宜居世界。

在離地球更遠的地方，科學家們在運行ROCKE-3D時發現，海洋特徵比以前的模型更真實，太陽系外的半人馬座b比以前認為的更適合居住。

在離家更近的地方，對月球的模擬顯示，靠近月球赤道的古火山所釋放的水可以找到它的途徑，進入永久陰影的極地地區，在那裡我們有可能利用它進行未來的探索。