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先進ロケットシミュレーションセンター（CSAR ）は、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の学際的な研究グループであり、米国エネルギー省の先進シミュレーションおよびコンピューティングプログラムの一部です。CSARの目標は、固体燃料ロケットの性能、信頼性、安全性を正確に予測することです。[ 2 ]
CSARは、エネルギー省の先進シミュレーションおよびコンピューティングプログラムの一環として1997年に設立されました。このプログラムの目標は、「計算シミュレーションを通じて、複雑な物理システムの性能、信頼性、安全性を正確に予測できるようにする」ことです。CSARはこの動機を固体ロケット推進剤の領域、特にスペースシャトルで使用される推進剤の領域にまで拡張しています。 [ 1 ]
CSARは、通常時および異常時のロケットシステム全体をシミュレートすることを目指しています。これには、コンポーネントの高精度なモデリング、燃料の流れのダイナミクス、その他の環境要因のモデリングが含まれます。このモデリングには、数千個のプロセッサという膨大な計算能力が必要です。計算インフラストラクチャの開発は、彼らの目標達成に不可欠です。[ 1 ]
CSARが研究している分野はいくつかあります。[ 3 ]物理シミュレーションはCSARのRocstarソフトウェアスイートで実装されています。
物理シミュレーションは、CSARの数値ソルバーアプリケーションスイートであるRocstarを使用して実行されます。RocstarはCSARによって開発され、大規模並列コンピュータ上で効率的に動作するように設計されています。Rocstarの実装はMPIで行われ、 Adaptive MPIと完全に互換性があります。Rocstarは現在第3バージョンであるRocstar 3です。Rocstar 3の使用方法に関するドキュメントは、ユーザーガイドで入手できます。
CSAR は、シミュレーションに多数のスーパーコンピューティング リソースを使用しています。CSAR とともに、国立スーパーコンピューティング アプリケーション センター ( NCSA) はイリノイ大学アーバナ・シャンペーン校にあります。CSAR は、多くのシミュレーションで NCSA が提供するコンピューティング 環境を活用しています。同大学の計算科学工学科には、チューリングと呼ばれるスーパーコンピューティング クラスターがあり、これも CSAR によって利用されています。[ 4 ]
CSAR が使用する計算環境は、イリノイ大学の並列プログラミング研究室が行った研究、特にCharm++と Adaptive MPI を活用しています。[ 5 ]これらの並列プログラミングフレームワークにより、数千個のプロセッサに容易に拡張できるアプリケーション開発が可能になり、非常に複雑な計算を迅速に完了できます。Charm ++ と AMPI の両方で採用されているランタイムシステムには、CSAR のソフトウェアで使用される 2 つの主要な機能があります。1 つは負荷分散で、すべてのプロセッサに作業を均等に分散することでパフォーマンスを向上させます。もう 1 つはチェックポイントで、長時間の計算を保存して最初からやり直すことなく再開できます。
CSARの開発者たちは、これらの高度に並列化されたツールを用いて、ロケット推進に関連する様々な物理現象をシミュレートできる多数のコンポーネントを構築しました。これらを組み合わせることで、完全なシミュレーション環境が実現します。以下に、Rocstarの全モジュールとそのユーザーガイドへのリンクを示します。