美國能源部選擇MIT成立超級計算中心，模擬高焓流體與固體交互作用
美國能源部國家核安全管理局（DoE/NNSA）最近宣布，選定麻省理工學院（MIT）成立一個專注於極端環境預測模擬的新研究中心。該中心將致力於推動超高速飛行與大氣再入等極端環境的模擬技術發展，成為國家核安全管理局第四階段「預測科學學術聯盟計畫」（PSAAP-IV）的一部分，支持高性能計算在國家安全相關科學及工程領域的前沿研究。
這個名為「高焓流體與固體耦合超級計算模擬中心」（Center for the Exascale Simulation of Coupled High-Enthalpy Fluid–Solid Interactions，簡稱CHEFSI）是MIT計算科學與工程中心、MIT史瓦茲曼計算學院及MIT士兵奈米技術研究所的聯合計畫。CHEFSI計劃利用最先進的超級電腦和新一代演算法，前所未有地精細模擬極高溫（超過1500攝氏度）及極高速（最高可達馬赫25）氣體與固體材料的交互作用。這些極端環境及其對航天器等運載工具的影響，是國家安全、太空探索及高級熱防護系統研發的關鍵。
MIT副校長兼研究副總裁Ian A. Waitz指出：「CHEFSI將充分發揮MIT在預測建模、高性能運算及STEM教育的深厚實力，助力美國保持在科學技術創新的領先地位。該中心與國家安全及先進技術的密切關聯，彰顯了MIT致力於推動具有廣泛社會效益研究的承諾。」
CHEFSI是NNSA宣布的五個新預測模擬中心之一，預計每個中心未來五年將獲得最高1750萬美元的資助。
該中心的研究重點在於將高焓氣體流動的詳細模擬與固體材料的化學、熱力和機械行為模型結合，捕捉氧化、氮化、燒蝕及斷裂等現象。透過嚴謹設計的實驗驗證，先進的計算模型可彌補飛行測試的不足，提供關於材料性能與失效的關鍵洞見。
CHEFSI主任、航空航天系Jerome C. Hunsaker講座教授及士兵奈米技術研究所（ISN）副所長Raúl Radovitzky教授表示：「結合高精度物理模型、基於人工智能的代理模型、實驗驗證及最先進的超級計算工具，CHEFSI將幫助我們了解並預測熱防護系統在工程系統中所遭遇的最嚴苛條件下的表現。這些知識將促進從可重複使用航天器到高超音速飛行器等系統的韌性設計。」
中心領導團隊還包括航空航天系Breene M. Kerr講座教授、MIT計算科學與工程中心（CCSE）聯合主任及MIT史瓦茲曼計算學院副院長Youssef Marzouk教授，以及機械工程系Quentin Berg講座教授、CCSE聯合主任Nicolas Hadjiconstantinou教授擔任副主任。中心的共同首席研究員來自航空航天、電機與計算機科學、材料科學、數學及機械工程等多個系所。運營由Franklin Hadley負責，行政及財務由Joshua Freedman管理，兩人皆為ISN核心團隊成員。
CHEFSI計劃與能源部國家實驗室（包括勞倫斯利物浦國家實驗室、洛斯阿拉莫斯國家實驗室及桑迪亞國家實驗室）展開廣泛合作，為研究生及博士後提供沉浸式研究體驗及實習機會。
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評論與啟示
MIT獲得美國能源部核安全管理局的支持，成立專注於極端環境模擬的超級計算中心，不僅彰顯MIT在高性能計算及多學科交叉研究的領導地位，也反映出國家安全與太空探索對於超高速、高溫材料行為理解的迫切需求。這種跨領域融合物理、計算機科學、材料科學與人工智能的研究模式，正是未來科研發展的趨勢。
值得注意的是，CHEFSI不單是技術上的突破，更將推動從基礎科學到工程應用的轉化，尤其在熱防護系統設計上提供新的思路和方法。隨著太空探索和高超音速飛行器的需求日益增長，這些研究成果將對航天器的安全性和經濟性帶來深遠影響。
此外，結合AI代理模型與超級計算，將大幅提升模擬效率和準確度，有助於克服傳統實驗和飛行測試的高昂成本與技術限制。未來，這種模擬平台可能成為新材料和新系統設計的標準工具。
最後，該中心的成立也強調了教育與人才培養的重要性，透過與國家實驗室合作，為下一代科研人員提供實戰經驗，確保美國在前沿計算科學與工程領域持續保持競爭力。對香港及全球科研社群來說，這是一個值得關注的典範，展示如何結合資源與跨界合作推動科技創新。
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