NASAs Chemical Equilibrium with Applications (CEA) kod – den beräkningsmässiga arbetshästen som har beräknat raketprestanda, stötvågor och detonationer sedan innan de flesta av dess nuvarande användare föddes – har äntligen fått en efterlängtad modernisering. Byråns Engineering and Safety Center (NESC) har lotsat den äldre CEA2 Fortran-koden till CEA v3, ett Fortran 2008, objektorienterat mjukvarupaket som nu talar flytande Python, C, MATLAB och till och med Excel, för ingenting säger 'raketvetenskap' som ett kalkylbladsgränssnitt.

CEA2, släppt 2002, har varit det självklara verktyget för framdrivnings- och termokemianalys, men dess ursprungliga procedurmässiga Fortran-implementation var tydligen lika rolig att underhålla som en 20 år gammal kodbas utan subrutin-gränssnitt låter. Avsaknaden av ett ordentligt gränssnitt gjorde det allt svårare att utöka och integrera i moderna ingenjörsarbetsflöden, som nu kräver automatiserade parametriska svep, integration med andra modelleringsverktyg och stöd för nya drivmedel som gröna drivmedel och hållbara flygbränslen. Så NASA bestämde sig för att dra in det i den moderna eran samtidigt som man bevarar sin validerade tekniska grund.

CEA v3 är byggd på objektorienterade datastrukturer, striktare typning och en trådsäker jämviktssolver-arkitektur. Den stöder Fortran, C, Python, MATLAB och Excel-gränssnitt, vilket gör att verktyget kan kopplas direkt till automatiserade analyspipelines, multidisciplinära designramverk och högvolymiga design-of-experiments-studier. Och för de nostalgiska upprätthålls bakåtkompatibilitet genom ett äldre kommandoradsgränssnitt, så befintliga indatafiler och arbetsflöden kan föras vidare med minimal störning – för ingenting säger 'framsteg' som att behålla det gamla kommandoradsgränssnittet.

Den termodynamiska databasen har också utökats med ytterligare drivmedel och bränslen relevanta för nuvarande NASA-tillämpningar, inklusive gröna drivmedelskomponenter som ADN, HAN och LMP-103S, samt hållbara flygbränslekandidater som n-Butanol. Detta innebär att CEA v3 nu kan hjälpa dig att lista ut hur du bränner saker som är bättre för planeten, eller åtminstone mindre hemska.

Nu till det finstilta: individuella jämviktsberäkningar i CEA v3 är måttligt långsammare än sina CEA2-motsvarigheter, eftersom den moderniserade arkitekturen och ökade robustheten kommer med en del beräkningskostnader. I representativa tester var en enskild beräkning ungefär 40 procent långsammare, men den absoluta skillnaden var bara cirka 0,004 sekunder per fall – så du kanske inte ens märker det om du inte tar tid med ett stoppur och ett agg.

Men här är där moderniseringen verkligen lönar sig: för arbetsflöden med flera fall, som är vanliga i design-of-experiments-studier, parametriska svep, optimering och osäkerhetsanalyser, är CEA v3 en game-changer. I ett riktmärke slutfördes ett svep av 108 500 fall på cirka 1,11 sekunder med CEA v3, jämfört med cirka 15 minuter med CEA2. Det är en minskning av körtiden med cirka 800 gånger för det arbetsflödet. Ja, du läste rätt: 800 gånger snabbare. Storskaliga framdrivningsstudier och automatiserad designrymdsutforskning har just blivit mycket mer praktiska, och din dators fläkt kommer att tacka dig.

NASA-ingenjörer bör överväga följande vägledning: omfamna framtiden, men ha dina äldre indatafiler till hands. Och om du har frågor, kontakta Mark K. Leader på Glenn Research Center, mark.leader@nasa.gov, för han har tydligen inget bättre för sig än att svara på dina e-postmeddelanden om en 20 år gammal kods nya Python-bindningar.