A Administração Nacional de Segurança Nuclear (NON) do Departamento de Energia dos EUA (DOE/NNSA)  anunciou recentemente que selecionou o MIT para estabelecer um novo centro de pesquisa dedicado ao avanço da simulação preditiva de ambientes extremos, como os encontrados em voos hipersônicos e reentrada atmosférica. O centro fará parte da quarta fase do  Programa de Aliança Acadêmica em Ciência Preditiva (PSAAP-IV) da NONSA, que apoia pesquisas de ponta que aprimoram as capacidades preditivas da computação de alto desempenho para aplicações de ciência aberta e engenharia relevantes para missões de segurança nacional.

O Centro de Simulação Exascale de Interações Fluido-Sólido de Alta Entalpia Acopladas (CHEFSI) — um esforço conjunto do  Centro de Ciência e Engenharia Computacional do MIT , do  Colégio de Computação Schwarzman do MIT e do  Instituto de Nanotecnologias de Soldados (ISN) do MIT — planeja aproveitar Supercomputadores exaescalares de ponta e algoritmos de última geração para simular com detalhes sem precedentes a interação entre materiais gasosos e sólidos extremamente quentes e em movimento rápido. A compreensão desses ambientes extremos — caracterizados por temperaturas superiores a 1.500 graus Celsius e velocidades de até Mach 25 — e seus efeitos sobre os veículos é fundamental para a segurança nacional, a exploração espacial e o desenvolvimento de sistemas avançados de proteção térmica.

“O CHEFSI aproveitará os profundos pontos fortes do MIT em modelagem preditiva, computação de alto desempenho e educação STEM para ajudar a garantir que os Estados Unidos permaneçam na vanguarda da inovação científica e tecnológica”, afirma Ian A. Waitz, vice-presidente de pesquisa do MIT. “A relevância particular do centro para a segurança nacional e tecnologias avançadas exemplifica o compromisso do MIT com o avanço da pesquisa com amplo benefício social.”

O CHEFSI é um dos cinco novos Centros de Simulação Preditiva anunciados pela NNSA como parte de um programa que deverá fornecer até US$ 17,5 milhões para cada centro ao longo de cinco anos.

A pesquisa do CHEFSI visa combinar simulações detalhadas de fluxos de gás de alta entalpia com modelos do comportamento químico, térmico e mecânico de materiais sólidos, capturando fenômenos como oxidação, nitretação, ablação e fratura. Modelos computacionais avançados — validados por experimentos cuidadosamente planejados — podem abordar as limitações dos testes de voo, fornecendo insights críticos sobre o desempenho e as falhas dos materiais.

“Ao integrar modelos físicos de alta fidelidade com modelos substitutos baseados em inteligência artificial, validação experimental e ferramentas computacionais exaescalares de última geração, o CHEFSI nos ajudará a entender e prever o desempenho dos sistemas de proteção térmica sob algumas das condições mais adversas encontradas em sistemas de engenharia”, afirma Raúl Radovitzky, Professor Jerome C. Hunsaker de Aeronáutica e Astronáutica, diretor associado do ISN e diretor do CHEFSI. “Esse conhecimento auxiliará no projeto de sistemas resilientes para aplicações que vão desde espaçonaves reutilizáveis até veículos hipersônicos.”

Radovitzky será acompanhado na equipe de liderança do centro por Youssef Marzouk, Professor Breene M. Kerr (1951) de Aeronáutica e Astronáutica, codiretor do Centro de Ciência Computacional e Engenharia (CCSE) do MIT e recentemente nomeado reitor associado do Schwarzman College of Computing do MIT; e Nicolas Hadjiconstantinou, Professor Quentin Berg (1937) de Engenharia Mecânica e codiretor do CCSE, que atuarão como diretores associados. Os copesquisadores principais do centro incluem membros do corpo docente do MIT dos departamentos de Aeronáutica e Astronáutica, Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, Ciência e Engenharia de Materiais, Matemática e Engenharia Mecânica. Franklin Hadley liderará as operações do centro, com administração e finanças sob a supervisão de Joshua Freedman. Hadley e Freedman são ambos membros da equipe da sede do ISN. 

O CHEFSI espera colaborar extensivamente com os laboratórios nacionais do DoE/NNSA — Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Laboratório Nacional de Los Alamos e Laboratórios Nacionais de Sandia — e, ao fazê-lo, oferecer aos alunos de pós-graduação e pós-doutorado experiências de pesquisa imersivas e estágios nessas instalações.