НИЯУ МИФИ развивает направление суперкомпьютерного моделирования

В НИЯУ МИФИ есть кафедры, существующие столько же, сколько сам университет, а есть лаборатории, возникшие совсем недавно. К числу таких молодых, но очень значимых подразделений нашего университета относится и Суперкомпьютерный центр, или, точнее, Центр инженерно-физических расчётов и суперкомпьютерного моделирования. Сегодня рассказ о нем.

Центр, он же кафедра

Суперкомпьютерное подразделение НИЯУ МИФИ существует в двух ипостасях. Научная работа сосредоточена в Центре, который был создан в 2019 году, а годом позже на его базе появилась кафедра № 97 «Суперкомпьютерное моделирование инженерно-физических процессов» Института ЛаПлаз.

Команда Суперкомпьютерного центра со студентами

Сейчас на 97-й кафедре обучаются 25 студентов бакалавриата 3-го и 4-го курсов по образовательной программе «Суперкомпьютерные технологии в инженерно-физическом моделировании». Как рассказал заместитель директора Центра, к.ф.-м.н. Евгений Стёпин, направление пользуется популярностью, конкурс довольно велик, так что сотрудникам Центра приходится устраивать отбор наиболее мотивированных ребят с помощью собеседования. В магистратуре сегодня учатся три человека, их целевым образом готовят для работы по тематикам Российского федерального ядерного центра (РФЯЦ-ВНИИЭФ) в Сарове.

Изучая «Логос»

Сам Суперкомпьютерный центр в НИЯУ МИФИ создавался по совместной инициативе ученых нашего университета и коллег из РФЯЦ-ВНИИЭФ – создателей одного из ведущих отечественных программных комплексов для суперкомпьютерных вычислений «Логос». Одна из важнейших задач Суперкомпьютерного центра – обучение студентов и сотрудников не только работе с «Логосом», но и навыкам разработки и доработки подобных продуктов. Сегодня «Логос» может решать задачи из таких областей, как аэрогидрогазодинамика, моделирование прочностных свойств и тепловых процессов. К достоинствам отечественного ПО можно отнести и то, что расчёты из разных областей могут быть интегрированы в одну комплексную задачу – в результате «Логос» способен моделировать конкретный объект по всему спектру физических свойств. Тем не менее созданный во ВНИИЭФ программный продукт нуждается в расширении функционала, в разработке для него новых модулей. В ближайших планах – создание модуля для моделирования электромагнитных процессов. Важная особенность «Логоса» заключается в том, что в нём имеется подсистема «Логос-Платформа», через которую к нему можно подключать коды, созданные внешними разработчиками.

Заглянуть в космос

Сегодня сотрудники Суперкомпьютерного центра сосредоточены на исследовании сложных физических процессов, требующих серьезной детализации, в частности – моделировании процессов, происходящих в веществе, находящемся в экстремальном состоянии. Суперкомпьютерный центр НИЯУ МИФИ берет на себя наиболее сложные расчётные задачи, возникающие в исследованиях по таким темам, как взрывы и горение, плазма и лазеры. С помощью современных суперкомпьютерных вычислений можно проводить виртуальные испытания различных изделий и технических систем, точнее – их цифровых двойников.

Так, при поддержке программы «Приоритет-2030» в нашем Центре проводится моделирование процессов, происходящих в космических плазменных двигателях. Это и те двигатели, которые разработаны в лаборатории ракетных плазменных двигателей НИЯУ МИФИ – в частности уже вышедшая на орбиту плазменная установка VERA, и перспективный магнитоплазменный двигатель. Но компетенции Центра востребованы и за пределами университета: расчёты процессов в двигателях актуальны и для ТРИНИТИ, где разрабатывается мощная установка на базе квазистационарного сильноточного плазменного ускорителя, и для калининградского ОКБ «Факел», где серийно производятся стационарные плазменные двигатели (так называемые «двигатели Морозова»), и для Курчатовского института, в котором создаётся прототип безэлектродного плазменного ракетного двигателя.

Заглянуть в реактор

Еще одна важная тема, в рамках которой Центр берёт на себя решение расчётных задач, – термоядерный синтез. Здесь, например, следует упомянуть отечественный Т-15 Курчатовского института и токамак DIII-D американской компании General Atomics в Сан-Диего. Термоядерной тематике посвящена статья, недавно вышедшая в журнале «Дифференциальные уравнения», в которой приводятся результаты моделирования устойчивости магнитных ловушек – основного элемента термоядерных реакторов, предназначенных для удержания термоядерной плазмы. Таким образом, производимые в НИЯУ МИФИ суперкомпьютерные расчёты приближают создание оптимального прототипа термоядерного реактора и позволяют лучше понять происходящее в существующих термоядерных установках.

Другое важнейшее стратегическое направление Центра связано с моделированием быстропротекающих процессов горения и взрыва.

В числе научных партнёров Суперкомпьютерного центра – Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша, Математический институт им. М.В. Стеклова, Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука, новосибирский Институт вычислительной математики и математической геофизики.

Немного о планах

В планах Центра на 2023 год не только решение новых расчётных задач и подготовка студентов, но и модернизация используемых физико-математических моделей и создание собственного ПО – это необходимо для улучшения возможностей изучения вещества в экстремальных состояниях. Работы поддержаны программой «Приоритет-2030» и относятся к числу важнейших задач, стоящих перед Суперкомпьютерным центром.