Le code CEA (Chemical Equilibrium with Applications) de la NASA - le cheval de trait computationnel qui calcule les performances des fusées, les ondes de choc et les détonations depuis avant la naissance de la plupart de ses utilisateurs actuels - a enfin reçu une modernisation attendue depuis longtemps. Le Centre d'ingénierie et de sécurité (NESC) de l'agence a fait passer le code hérité CEA2 Fortran à CEA v3, un package logiciel orienté objet en Fortran 2008 qui parle maintenant couramment Python, C, MATLAB, et même Excel, parce que rien ne dit « science des fusées » comme une interface de tableur.

CEA2, sorti en 2002, a été l'outil de référence pour l'analyse de propulsion et de thermochimie, mais son implémentation Fortran procédurale d'origine était apparemment aussi amusante à maintenir qu'un code de 20 ans sans interface de sous-programme. Le manque d'interface appropriée rendait de plus en plus difficile son extension et son intégration dans les flux de travail d'ingénierie modernes, qui exigent désormais des balayages paramétriques automatisés, l'intégration avec d'autres outils de modélisation et le support de nouveaux propergols comme les propergols verts et les carburants d'aviation durables. Alors la NASA a décidé de le traîner dans l'ère moderne tout en préservant sa base technique validée.

CEA v3 est construit sur des structures de données orientées objet, un typage plus strict et une architecture de solveur d'équilibre thread-safe. Il prend en charge les interfaces Fortran, C, Python, MATLAB et Excel, permettant à l'outil d'être branché directement dans les pipelines d'analyse automatisés, les cadres de conception multidisciplinaire et les études de plans d'expériences à grand volume. Et pour les nostalgiques, la compatibilité ascendante est maintenue via une interface en ligne de commande héritée, de sorte que les fichiers d'entrée et les flux de travail existants peuvent être conservés avec un minimum de perturbations - parce que rien ne dit « progrès » comme garder l'ancienne ligne de commande.

La base de données thermodynamiques a également été élargie pour inclure des propergols et carburants supplémentaires pertinents pour les applications actuelles de la NASA, y compris les constituants de propergols verts tels que ADN, HAN et LMP-103S, ainsi que des candidats de carburant d'aviation durable comme le n-butanol. Cela signifie que CEA v3 peut maintenant vous aider à comprendre comment brûler des trucs meilleurs pour la planète, ou au moins moins atroces.

Maintenant, les petits caractères : les calculs d'équilibre individuels dans CEA v3 sont modérément plus lents que leurs homologues CEA2, car l'architecture modernisée et la robustesse ajoutée entraînent des frais généraux de calcul. Dans les tests représentatifs, un calcul unique était environ 40 % plus lent, mais la différence absolue n'était que d'environ 0,004 seconde par cas - donc vous ne le remarquerez peut-être même pas à moins de le chronométrer avec un chronomètre et une rancune.

Mais c'est là que la modernisation porte vraiment ses fruits : pour les flux de travail multi-cas, qui sont courants dans les études de plans d'expériences, les balayages paramétriques, l'optimisation et les analyses d'incertitude, CEA v3 change la donne. Dans un benchmark, un balayage de 108 500 cas a été complété en environ 1,11 seconde avec CEA v3, contre environ 15 minutes avec CEA2. C'est une réduction d'environ 800 fois du temps d'exécution pour ce flux de travail. Oui, vous avez bien lu : 800 fois plus rapide. Les études de compromis de propulsion à grande échelle et l'exploration automatisée de l'espace de conception viennent de devenir beaucoup plus pratiques, et le ventilateur de votre ordinateur vous remerciera.

Les utilisateurs d'ingénierie de la NASA devraient considérer les conseils suivants : embrassez l'avenir, mais gardez vos fichiers d'entrée hérités à portée de main. Et si vous avez des questions, contactez Mark K. Leader au Glenn Research Center, mark.leader@nasa.gov, car il n'a clairement rien de mieux à faire que de répondre à vos e-mails à propos des nouvelles liaisons Python d'un code vieux de 20 ans.