Der Chemical Equilibrium with Applications (CEA)-Code der NASA – das Rechenarbeitspferd, das seit vor der Geburt der meisten seiner aktuellen Nutzer Raketenleistung, Stoßwellen und Detonationen berechnet – hat endlich eine längst überfällige Modernisierung erhalten. Das Engineering and Safety Center (NESC) der Behörde hat den Legacy-CEA2-Fortran-Code in CEA v3 überführt, ein objektorientiertes Softwarepaket in Fortran 2008, das jetzt fließend Python, C, MATLAB und sogar Excel spricht, denn nichts sagt „Raketenwissenschaft“ wie eine Tabellenkalkulationsschnittstelle.

CEA2, 2002 veröffentlicht, war das Werkzeug der Wahl für Antriebs- und Thermochemie-Analysen, aber seine ursprüngliche prozedurale Fortran-Implementierung war offenbar so wartungsfreundlich wie ein 20 Jahre alter Code ohne Subroutinenschnittstelle. Das Fehlen einer ordentlichen Schnittstelle machte es zunehmend schwierig, den Code zu erweitern und in moderne Ingenieursworkflows zu integrieren, die heute automatisierte Parametersweeps, Integration mit anderen Modellierungswerkzeugen und Unterstützung für neue Treibstoffe wie grüne Treibstoffe und nachhaltige Flugkraftstoffe verlangen. Also beschloss die NASA, ihn in die Moderne zu zerren, während sie seine validierte technische Grundlage bewahrte.

CEA v3 basiert auf objektorientierten Datenstrukturen, strengerer Typisierung und einer threadsicheren Gleichgewichtslöser-Architektur. Es unterstützt Fortran-, C-, Python-, MATLAB- und Excel-Schnittstellen, sodass das Werkzeug direkt in automatisierte Analyse-Pipelines, multidisziplinäre Design-Frameworks und Hochdurchsatz-Design-of-Experiments-Studien eingebunden werden kann. Und für die Nostalgiker bleibt die Abwärtskompatibilität über eine Legacy-Kommandozeilenschnittstelle erhalten, sodass bestehende Eingabedateien und Workflows mit minimalen Unterbrechungen weitergeführt werden können – denn nichts sagt „Fortschritt“ wie das Behalten der alten Kommandozeile.

Die thermodynamische Datenbank wurde ebenfalls erweitert, um zusätzliche Treibstoffe und Kraftstoffe aufzunehmen, die für aktuelle NASA-Anwendungen relevant sind, darunter grüne Treibstoffbestandteile wie ADN, HAN und LMP-103S sowie nachhaltige Flugkraftstoffkandidaten wie n-Butanol. Das bedeutet, CEA v3 kann Ihnen jetzt helfen herauszufinden, wie man Zeug verbrennt, das besser für den Planeten ist – oder zumindest weniger schlimm.

Nun zum Kleingedruckten: Einzelne Gleichgewichtsberechnungen in CEA v3 sind moderat langsamer als ihre CEA2-Gegenstücke, da die modernisierte Architektur und die erhöhte Robustheit mit etwas Rechenaufwand verbunden sind. In repräsentativen Tests war eine einzelne Berechnung etwa 40 Prozent langsamer, aber der absolute Unterschied betrug nur etwa 0,004 Sekunden pro Fall – Sie werden es also vielleicht nicht einmal bemerken, es sei denn, Sie stoppen die Zeit mit einer Stoppuhr und einem Groll.

Aber hier zahlt sich die Modernisierung wirklich aus: Bei Workflows mit mehreren Fällen, die in Design-of-Experiments-Studien, Parametersweeps, Optimierungen und Unsicherheitsanalysen üblich sind, ist CEA v3 ein Game-Changer. In einem Benchmark wurde ein Sweep von 108.500 Fällen mit CEA v3 in etwa 1,11 Sekunden abgeschlossen, verglichen mit etwa 15 Minuten mit CEA2. Das ist eine Reduzierung der Laufzeit um etwa das 800-fache für diesen Workflow. Ja, Sie haben richtig gelesen: 800-mal schneller. Groß angelegte Antriebs-Vergleichsstudien und automatisierte Designraum-Exploration sind jetzt viel praktikabler, und Ihr Computerlüfter wird es Ihnen danken.

NASA-Ingenieure sollten die folgende Anleitung beachten: Begrüßen Sie die Zukunft, aber behalten Sie Ihre Legacy-Eingabedateien griffbereit. Und wenn Sie Fragen haben, wenden Sie sich an Mark K. Leader am Glenn Research Center, mark.leader@nasa.gov, denn er hat offensichtlich nichts Besseres zu tun, als Ihre E-Mails über die neuen Python-Bindungen eines 20 Jahre alten Codes zu beantworten.