麻省理工学院（MIT）近日获得美国能源部国家核安全管理局（National Nuclear Security Administration，NNSA）的支持，启动一个新研究中心，专注于模拟极端物理环境。这个名为CHEFSI（即“耦合高焓流体-固体相互作用的超级计算模拟中心”Center for the Exascale Simulation of Coupled High-Enthalpy Fluid–Solid Interactions）的项目，将汇聚计算、材料科学和应用科学领域的研究人员，致力于模拟那些在物理测试中难以或无法重现的极端场景。
CHEFSI的成立得益于能源部的预测科学学术联盟计划（Predictive Science Academic Alliance Program，PSAAP-IV）资助，该计划预计提供最高1,750万美元资金支持五个预测模拟中心，主要目标是改善科学数据转化为可用预测见解的方式。该中心将开发结合人工智能（AI）与超级计算的新工具，并与国家实验室创建紧密联系，以共享数据和验证结果。这项研究将直接与国家安全、航空航天和防御系统相关联。
该研究计划跨越多个学科，涉及机械与航空工程、材料科学、计算机科学和应用数学等领域。研究团队将模拟材料在极高压力下的快速变化，这需要物理、化学和计算的交叉合作，无法仅依赖单一领域的知识。
一个主要挑战是了解材料在超出正常极限时的行为。例如，太空船进入大气层不仅是保持完整，还涉及热量如何在不同层之间传递、表面如何侵蚀，以及这一切如何在即时中展开。CHEFSI团队将致力于创建能够理解这些条件的模型，帮助设计能够承受压力的系统。
与数个国家实验室密切合作MIT研究副校长伊恩·维茨（Ian A. Waitz）表示：“CHEFSI将利用MIT在预测建模、高性能计算和STEM教育方面的深厚优势，确保美国在科学和技术创新方面保持领先地位。”
CHEFSI是PSAAP-IV资助的五个新预测模拟中心之一，其他中心也专注于模拟极端事件，如燃烧不稳定性和动态材料失效。每个中心都致力于创建更准确和可靠的模拟，以应对高风险的国家安全挑战。
CHEFSI的实际工作将以数据为起点。没有正确的输入，即使是最好的模拟也无法提供有用的资讯。材料、热条件和流体动力学等数据必须基于实验、过去的研究和专门的测试设置进行整理和清理，才能用于训练模型或运行模拟。
CHEFSI将与劳伦斯利佛摩国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）、洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）和桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）等国家实验室密切合作，利用他们多年来收集的极端环境数据。这不仅是运行模拟，而是要将结果与实际数据进行比较，并随着新资讯的到来不断调整模型。
AI工具也将在此过程中发挥作用。CHEFSI将构建的某些模型将利用AI填补空白或简化问题的特定部分。这些模型并不是传统模拟的完全替代品，但能够更快地进行测试。学生和早期职业研究人员也将获得实践经验，学习如何处理大型数据集，理解不一致性，并关注数据处理中的小选择如何影响重大结果。
CHEFSI的目标是通过数据驱动的建模、下一代计算和现实验证，塑造未来十年材料和航空航天研究的发展方向，不仅限于MIT、还包括整个领域。
（首图来源：MIT）
