Siemens aiuta la startup Space Perspective a utilizzare le capacità AWS per accelerare lo sviluppo del turismo spaziale

La startup Space Perspective e il partner AWS Siemens stanno rivoluzionando i processi di simulazione per costruire una capsula innovativa e lussuosa per il turismo spaziale. Utilizzando le soluzioni Siemens su Amazon Web Services (AWS), Space Perspective ha ridotto i tempi di analisi dei dati da una settimana a 8-12 ore per fattori strutturali, termici e di altro tipo che influiscono sulla progettazione delle capsule. Space Perspective aveva bisogno di una suite completa di strumenti in grado di gestire gli enormi requisiti di elaborazione della modellazione fluidodinamica computazionale (CFD). Utilizzando il software di simulazione multifisica STAR-CCM+ di Siemens insieme ai servizi AWS, Space Perspective ha potuto eseguire simulazioni simultanee su AWS, risparmiando molto in termini di tempo e costi.

Space Perspective sta cercando di utilizzare il proprio veicolo per il turismo spaziale per inviare avventurieri civili nello spazio. Offrendo questa esperienza irripetibile di vedere il pianeta blu dallo spazio, l'azienda spera di offrire ai passeggeri una nuova prospettiva sul posto dell'umanità nell'universo. In una capsula pressurizzata lussuosa e molto confortevole sospesa da un grande pallone spaziale, otto persone e un pilota si solleveranno dolcemente attraverso l'atmosfera a 20 chilometri all'ora. I passeggeri si librano a 30 chilometri d'altezza per due ore, osservando la curvatura della Terra fino al momento della discesa graduale e regolare. La capsula atterra nell'oceano, dove una nave di recupero aspetta i passeggeri per concludere il viaggio. 

A differenza dei classici veicoli spaziali, non c'è separazione tra capsula e veicolo. La capsula e il pallone della nave rimangono intatti per l'intero volo. Questo tipo di dinamica crea una sfida su tre fronti per Space Perspective: come funzionerà la capsula durante l'ascesa nello spazio, dopo aver raggiunto la massima altitudine di crociera nello spazio e durante la discesa verso la Terra, che include un morbido atterraggio sull'acqua? Il progetto richiede analisi dei dati affidabili per calcolare i carichi complessi e la CFD di un viaggio di andata e ritorno di sei ore che prevede tragitti in aria, spazio e acqua, mantenendo al contempo un ambiente sicuro e confortevole per i passeggeri. "Dobbiamo capire come si comporta il veicolo in tutti questi diversi ambienti in modo da poterlo progettare per farlo funzionare in modo sicuro ed efficace", afferma Taber MacCallum, Co-CEO e Chief Technical Officer di Space Perspective. "Ecco perché il nostro carico di analisi è così elevato." 

Space Perspective si è presto resa conto che eseguire carichi di analisi dati on-premise era proibitivo in termini di costi e tempi. Per accelerare il time-to-market ed espandere le proprie capacità di simulazione, Space Perspective si è rivolta a Siemens Digital Industries Software, un partner AWS che assiste le aziende nella propria trasformazione digitale. Le attività svolte da Space Perspective richiedevano l'utilizzo del maggior numero possibile di strumenti virtuali e l'assenza di costosi prototipi. Nell'agosto 2021, Space Perspective ha adottato le soluzioni software per le startup di Siemens e poco dopo ha iniziato le simulazioni utilizzando AWS. L'azienda utilizza il portfolio Xcelerator di Siemens, un portfolio competo e integrato di software, servizi e una soluzione di sviluppo di applicazioni che aiuta gli utenti a creare le proprie applicazioni. "Valutare se utilizzare la CFD per rispondere a queste domande è stata una decisione strategica", afferma MacCallum. "Senza la combinazione di Siemens e AWS, semplicemente non avremmo intrapreso questa strada."

L'interazione tra la capsula, il sartiame, il pallone e gli elementi naturali come il vento e le onde contribuisce a creare modelli CFD complessi che utilizzano fino a diverse centinaia di core di elaborazione contemporaneamente. Grazie alle soluzioni AWS, Siemens ha aiutato Space Perspective a sviluppare grandi strumenti di elaborazione in parallelo in grado di iterare l'analisi abbastanza velocemente da poter essere utilizzati come base per la progettazione della struttura del veicolo. All'interno del portfolio Xcelerator, Space Perspective utilizza Simcenter STAR-CCM+, un software di simulazione multifisica sviluppato da Siemens. Con STAR-CCM+, gli ingegneri sono riusciti a simulare prodotti che funzionano in condizioni reali, aiutando i team a prendere migliori decisioni di progettazione più rapidamente e, in ultima analisi, a velocizzare il time-to-market. La modellazione CFD multifisica richiede un'elaborazione sofisticata per funzionare in modo efficiente, quindi STAR-CCM+ viene eseguito su un cluster di calcolo ad alte prestazioni, ovvero un insieme di server separati chiamati nodi collegati da interconnessioni di rete a larghezza di banda elevata.

AWS ha recentemente introdotto nuovi servizi di elaborazione ad alte prestazioni che aumentano le prestazioni e la scalabilità dei carichi di lavoro CFD su AWS. STAR-CCM+ viene eseguito a 100 Gbps su Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2), che fornisce una capacità di elaborazione sicura e ridimensionabile per praticamente qualsiasi carico di lavoro. In particolare, l'applicazione utilizza le istanze Amazon EC2 C5, che forniscono potenza di calcolo a costi ridotti e con prestazioni elevate con un rapporto ottimale tra prezzi e potenza di calcolo per l'esecuzione di carichi di lavoro avanzati ad alta intensità di calcolo. In precedenza, Space Perspective impiegava circa una settimana per eseguire una singola simulazione che coinvolgeva un milione di celle su un computer locale con otto core. 

Utilizzando i servizi di calcolo ad alte prestazioni di AWS, Space Perspective ha accesso a una media di 72 core e può eseguire la stessa simulazione in una media di 10 ore. Space Perspective dovrebbe affrontare costi dell'ordine di milioni di dollari se dovesse costruire prototipi fisici a partire dalle molteplici simulazioni che sta eseguendo, ognuna con geometrie, velocità e forme diverse. L'azienda invece riscontra un enorme risparmio eseguendo più simulazioni contemporaneamente su AWS. Le simulazioni aiutano Space Perspective a costruire un prototipo basato sullo scenario migliore rivelato dall'analisi dei dati. "Non saremmo riusciti a rispettare il nostro programma se non fossimo stati in grado di aggiungere maggiore potenza di elaborazione all'analisi dei dati", afferma MacCallum. "Abbiamo contattato AWS per capire come eseguire l'elaborazione in parallelo del lavoro che stiamo svolgendo. Il progetto è in corso. Stiamo ancora svolgendo una grande quantità di lavoro di analisi."

Space Perspective continua a seguire il processo di analisi dei dati per sviluppare il veicolo più sicuro e lussuoso possibile per i propri clienti. Partire dalla terra per arrivare all'atmosfera, fino ai confini dello spazio, e poi ritornare sulla Terra con un atterraggio in acqua crea immensi fattori di stress sulla capsula. Attraverso un approccio digitalizzato, Space Perspective sta modellando il comportamento di questi diversi ambienti con un alto grado di precisione, riducendo i tempi e i principali costi di sviluppo. "Stiamo svolgendo un lavoro di strategia e progettazione per creare un veicolo mai costruito prima ed effettuare un tipo di volo mai offerto prima", afferma MacCallum. "Siemens e AWS ci stanno aiutando a realizzare la nostra visione del turismo spaziale."