Siemens ajuda a startup Space Perspective a usar os recursos da AWS para acelerar o desenvolvimento do turismo espacial

A startup Space Perspective e a Siemens, um parceiro da AWS, estão revolucionando os processos de simulação para criar uma cápsula inovadora e luxuosa para o turismo espacial. Usando as soluções da Siemens na Amazon Web Services (AWS), a Space Perspective reduziu o tempo de análise de uma semana para oito a 12 horas no que diz respeito a aspectos estruturais e térmicos e também a outros fatores que afetam o design da cápsula. A Space Perspective precisava de um conjunto abrangente de ferramentas capaz de lidar com os enormes requisitos de processamento de sua modelagem de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Usando o software de simulação multifísica Siemens STAR-CCM+ em conjunto com os serviços da AWS, a Space Perspective foi capaz de executar simulações simultâneas na AWS, economizando muito em termos de tempo e custos.

A Space Perspective pretende usar seu veículo de turismo espacial para enviar aventureiros civis ao espaço. Ao proporcionar essa experiência única na vida de ver o planeta azul do espaço, a empresa espera oferecer aos passageiros uma nova perspectiva sobre o lugar da humanidade no universo. Em uma cápsula pressurizada, luxuosa e altamente confortável, suspensa em um grande balão espacial, oito pessoas e um piloto subirão suavemente pela atmosfera a cerca de 19 km/h. Os passageiros flutuam a uma altitude de cerca de 30.000 metros por duas horas, contemplando a curvatura da Terra até o momento da descida suave e gradual. A cápsula aterrissa no oceano, onde uma embarcação de recuperação encontra os passageiros para concluir a viagem. 

Ao contrário das espaçonaves comuns, não há separação entre a cápsula e o veículo. A cápsula e o balão da nave permanecem intactos durante todo o voo. Esse tipo de dinâmica cria um desafio triplo para a Space Perspective: como a cápsula funcionará durante a subida ao espaço, como ela funcionará depois de atingir a altitude máxima de cruzeiro no espaço e como ela funcionará durante a descida à Terra, que inclui uma aterrissagem suave na água? O projeto requer um robusto processo de analytics para calcular as cargas complexas e a CFD de uma viagem de ida e volta com duração de seis horas que envolve deslocamento pelo ar, espaço e água, mantendo ao mesmo tempo um ambiente seguro e confortável para os passageiros. “Precisamos entender como o veículo se comporta em todos esses ambientes diferentes, para que possamos projetá-lo para operar com segurança e eficácia”, diz Taber MacCallum, codiretor executivo e diretor técnico da Space Perspective. “É por isso que nossa carga analítica é tão alta.” 

A Space Perspective percebeu rapidamente que a execução de cargas analíticas on-premises era proibitiva em termos de custos e tempo. Para acelerar o tempo de lançamento no mercado e expandir seus recursos de simulação, a Space Perspective recorreu à Siemens Digital Industries Software, um parceiro da AWS que auxilia as empresas em suas transformações digitais. As tarefas enfrentadas pela Space Perspective exigiam o uso do maior número possível de ferramentas virtuais, sem depender de protótipos caros. Em agosto de 2021, a Space Perspective adotou as soluções de software da Siemens para startups e, pouco depois, começou a fazer simulações usando a AWS. A empresa utiliza o portfólio Siemens Xcelerator, um conjunto abrangente e integrado de softwares, serviços e uma solução de desenvolvimento de aplicações que ajuda os usuários a criarem suas próprias aplicações. “Foi uma decisão estratégica sobre se iríamos usar a CFD para responder a essas perguntas”, diz MacCallum. “Sem a combinação da Siemens e da AWS, simplesmente não teríamos seguido esse caminho.”

A interação entre a cápsula, o equipamento, o balão e elementos naturais, como vento e ondas, contribui para modelos de CFD complexos que usam até várias centenas de núcleos de processamento simultaneamente. Usando as soluções da AWS, a Siemens ajudou a Space Perspective a desenvolver ferramentas maciças de processamento paralelo que foram capazes de fazer a iteração da análises com rapidez suficiente para usá-las como base para o design da estrutura do veículo. No portfólio Xcelerator, a Space Perspective usa o Simcenter STAR-CCM+, um software de simulação multifísica desenvolvido pela Siemens. Usando o STAR-CCM+, os engenheiros puderam simular produtos operando em condições reais, o que ajuda as equipes a tomar melhores decisões de design com mais rapidez e, por sua vez, acelera o tempo de lançamento no mercado. Como a modelagem de CFD multifísica exige um processamento sofisticado para ser executada com eficiência, o STAR-CCM+ é executado em um cluster de computação de alto desempenho, que é um conjunto de servidores separados, chamados de nós, ligados por interconexões de rede de alta largura de banda.

A AWS recentemente introduziu novos serviços de computação de alto desempenho que aumentam o desempenho e a escalabilidade das workloads de CFD na AWS. O STAR-CCM+ é executado a 100 Gbps no Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2), que fornece capacidade de computação segura e redimensionável para praticamente qualquer workload. Especificamente, a aplicação usa instâncias C5 do Amazon EC2, que oferecem potência de computação econômica e de alto desempenho a uma baixa proporção de preço por computação para a execução de workloads avançadas que exigem muita computação. Anteriormente, uma única simulação envolvendo um milhão de células em um computador local com oito núcleos exigia da Space Perspective cerca de uma semana de tempo de execução. 

Usando os serviços de computação de alto desempenho da AWS, a Space Perspective teve acesso a uma média de 72 núcleos e pôde executar a mesma simulação em uma média de 10 horas. A Space Perspective arcaria com custos de milhões de dólares se tivesse que construir protótipos físicos a partir das várias simulações que estava executando, cada uma com diferentes geometrias, velocidades e formas. Em vez disso, a empresa economiza muito em custos com a execução de várias simulações simultaneamente na AWS. As simulações ajudam a Space Perspective a construir um protótipo no melhor cenário revelado por suas análises. “Não conseguiríamos manter o cronograma, a menos que pudéssemos trazer mais capacidade de processamento para as análises”, diz MacCallum. "Entramos em contato com a AWS para descobrir como executar o processamento paralelo do trabalho que estamos fazendo. E o projeto é contínuo. Ainda estamos realizando muito trabalho analítico.”

A Space Perspective continua trabalhando no processo de análise em uma busca para desenvolver o passeio mais seguro e luxuoso possível para seus clientes. Partir do solo, passar pela atmosfera, ir até o limite do espaço e voltar à Terra para uma aterrissagem na água cria imensos fatores de estresse na cápsula. Por meio de uma abordagem digitalizada, a Space Perspective está modelando o comportamento desses diferentes ambientes com um alto grau de precisão, o que reduz o tempo e os principais custos de desenvolvimento. “É uma estratégia e um processo de fazer nosso trabalho de engenharia para criar um veículo que nunca foi fabricado antes, para fazer um tipo de voo que nunca foi oferecido antes”, diz MacCallum. “A Siemens e a AWS estão nos ajudando a concretizar nossa visão para o turismo espacial.”