Разработчикам ракетных двигателей «Роскосмоса» нужны вычислительные ресурсы и российское ПО. Цена проекта - 400 млн рублей

Ведущее предприятие в области ракетного двигателестроения и космической энергетики ГНЦ «Центр Келдыша» (входит в госкорпорацию «Роскосмос») подготовило заявку на грант РФРИТ для участия в отборе в 2023 году. Об этом 5 апреля 2023 года рассказало руководство «Центра Келдыша» на встрече с прессой на территории своего предприятия. Общая стоимость проекта, которому нужна финансовая поддержка, оценена примерно в 400 млн рублей. За счёт гранта можно покрыть до 80% общей стоимости.

Работы в рамках проекта, под который «Центр Келдыша» хочет получить грант, рассчитаны на 2024-2026 гг. Среди них, как следует из презентации гендиректора «Центра Келдыша» Владимира Кошлакова, разработка SPDM-системы (Simulation process and data management, управление расчётными данными и процессами) на базе российского софта T-Flex (разработчик – «Топ Системы»), приобретение лицензий на продукты T-Flex PLM, T-Flex Docs и лицензий на «Единую базу данных для верификации и валидации ПО компьютерного моделирования» (ЕБД). Разработчиком последнего является РФЯЦ-ВНИИЭФ (входит в госкорпорацию «Росатом»).

И очень важный элемент проекта – работы в области вычислительного кластера. Подробнее об этом будет рассказано ниже отдельно.

«Центр Келдыша» разрабатывает, производит и испытывает перспективные образцы различных типов ракетных двигателей, космических энергоустановок, генераторов пучков высокой энергии и ускорителей частиц. На предприятии и в его структурах множество задач, для которых требуется инженерное ПО (фото - РФРИТ)

Грантовая триада

Проект, под который подготовлена заявка на грант, является продолжением ранее проведённых работ, под которые тоже привлекалась грантовая поддержка РФРИТ. Так, на 2021-2022 гг. были получены средства в размере около 84 млн рублей для закупки лицензий и доработки под потребности «Центра Келдыша» программного продукта «Логос», разработчиком которого является РФЯЦ-ВНИИЭФ. Этот продукт может импортозамещать такие зарубежные программы моделирования и инженерного анализа, как Ansys CFX/Fluent, Ansys Mechanical, MSC Nastran, Dassault Systems FlowSimulation, Matlab.

При этом взаимодействовать с РФЯЦ-ВНИИЭФ для адаптации «Логоса» предприятие начало ещё раньше, до получения гранта. Сейчас «Центр Келдыша» применяет модули «Логоса» по аэродинамике и гидродинамике, теплообмену, прочностному анализу, подготовке расчётных данных, рассказали на предприятии.TrafficSoft ADC: балансировщик нагрузки с высокой скоростью работы и минимальными аппаратными требованиями

Второй грант через РФРИТ, объёмом 318,6 млн рублей, «Центр Келдыша» получил недавно – под проект на 2023-2025 гг. по внедрению и доработке средств математического моделирования на предприятиях ракетного двигателестроения. Здесь предусмотрена не только дополнительная доработка функционала «Логоса», но и приобретение лицензий и доработка других программных продуктов – среды динамического моделирования технических систем SimInTech и программы автоматизации и оптимизации вычислительных процессов pSeven. Подробно о двух проектах, которые уже поддержаны грантами, см. здесь.

«Центр Келдыша» рассчитывает реализовать в единой среде совместную интеграцию продуктов «Логос», SimInTech и pSeven и интегрировать результаты работы по созданию комплексных программных продуктов с конструкторскими трёхмерными моделями для создания цифровых двойников изделий в целом, объяснил Владимир Кошлаков.

При этом сейчас параллельно идёт проект, который возглавляет ЦНИИмаш, головной институт «Роскосмоса», по внедрению на предприятиях отрасли PLM-системы на базе отечественного решения T-FLEX. В «Центре Келдыша» хотели бы в рамках своей работы в дальнейшем интегрироваться с результатами работы ЦНИИмаш, говорит Владимир Кошлаков. Это, среди прочего, позволило бы развиваться в области создания цифровых двойников и сокращать за счёт этого расходы на дорогостоящие натурные испытания.

Замдиректора департамента цифрового развития «Роскосмоса» Артём Рассказов, отвечая на вопрос TAdviser, пояснил, что смысл проекта, для которого подготовлена заявка на новый грант РФРИТ, в том, что в отрасли необходимо обеспечить связь различных локальных решений между собой. То, что делает ЦНИИмаш, – это, по сути, работа для предприятий-конструкторских бюро. Но конструкторские бюро и научные центры – это разные организации, и их надо между собой связать. «Центр Келдыша» взял на себя устранение имеющегося разрыва.

Заместитель гендиректора по средствам выведения «Центра Келдыша» Вадим Миронов на встрече отметил, что за счёт уже реализованных проектов на предприятии также провели у себя большую организационно-техническую работу: укрепились с точки зрения вычислительных ресурсов, существенно переструктурировали свои тематические подразделения, создав лабораторию математического моделирования. Она укомплектована, в основном, выпускниками МФТИ и МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В силу увеличивающегося санкционного давления мы поставлены в такие условия, что стандартными способами решить задачи не получится, поэтому только благодаря таким наработкам и таким компетенциям можно выиграть ресурсы и время для того, чтобы делать всё эффективнее и быстрее, отметил на встрече в «Центре Келдыша» 5 апреля гендиректор РФРИТ Александр Павлов. - Наша задача здесь – настроить грантовый инструмент таким образом, чтобы сделать его максимально гибким, чтобы, решая большие государственные задачи, была возможность внутри проекта производить какие-то корректировки, что-то делать быстрее, а от чего-то отказываться, достигая целей каким-то другим способом. И здесь мы всегда на связи и всегда в тесном контакте.

На фото слева направо: гендиректор «Центра Келдыша» Владимир Кошлаков и гендиректор РФРИТ Александр Павлов (фото - РФРИТ)

Центр коллективного пользования для ракетного двигателестроения

В рамках дальнейшего развития, связанного с описанными выше проектами, в «Центре Келдыша» ставят перед собой следующие задачи:

• расширение функциональности отечественного ПО математического моделирования;
• расширение состава и функциональности интеграционных связей ПО;
• расширение баз данных свойств веществ, материалов;
• разработка методических рекомендаций по формированию компьютерных моделей изделий ракетного двигателестроения.

Ещё одно важное направление развития и задача в этом списке – создание центра компетенций и центра коллективного пользования предприятий ракетного двигателестроения.

Мы себя видим, как центр компетенций в области ракетного двигателестроения по разработке и внедрению подходов на предприятиях отрасли, - отметил гендиректор «Центра Келдыша».

И одно из ключевых направлений, которое, говорит Владимир Кошлаков, было поддержано руководством «Роскосмоса», – это создание новой методической базы по обеспечению и подтверждению надёжности создаваемых изделий ракетно-космической отрасли. Это важно и необходимо, потому что сейчас денег на подтверждение надёжности тратится очень много. С новой методической базой можно было бы тратить меньше.

По словам Владимира Кошлакова, в «Центре Келдыша» фактически на текущий момент могут смоделировать любой физический процесс, который протекает в ракетных двигателях (фото - РФРИТ)

Вычислительный кластер для сложных расчётов

Для реализации амбициозных задач, которые обозначил «Центр Келдыша», требуются определённые машинные возможности – вычислительные мощности. Некоторые усилия в этом направлении предприятие уже предприняло. Но увеличение объёма расчётных работ, которые «Центр Келдыша» имеет, в том числе, от своих многочисленных партнёров, ставит первоочередную задачу наращивания вычислительных ресурсов.

Собственно, во многом этим было мотивировано предложение по организации проекта на 2024-2026 гг., включающего развитие вычислительного кластера, наращивание вычислительных возможностей.

В определённой мере эта идеология коррелирует со стратегией приоритетного технологического направления «Технологии высокопроизводительных вычислений, включая суперкомпьютерные технологии», которым в нашей стране руководит д.ф.-м.н., замдиректора – заместитель научного руководителя РФЯЦ-ВНИИЭФ и легенда компьютерного моделирования Рашит Шагалиев. Это направление предусматривает создание отраслевых кластеров.

В России уже довольно давно действуют межведомственные вычислительные центры, куда предприятия могут обращаться за арендой вычислительных ресурсов. Например, есть в Курчатовском институте, у госкорпораций «Росатом», «Ростех». Их вычислительные ресурсы используются и для собственных нужд, и предоставляются предприятиям в различных отраслях для решения их задач.

При этом некоторые, особо мощные из существующих систем, в публичные рейтинги суперкомпьютеров – ни в топ-50 России, ни топ-500 мира – предусмотрительно никогда не подавались, и их текущие характеристики публично не раскрываются.

В ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, одном из предприятий «Роскосмоса», в апреле во время поездки журналистов на предприятие рассказывали TAdviser, что для некоторой части задач они, в частности, удалённо используют вычислительные мощности кластера «Росатома». При этом в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева хотят иметь-таки свой кластер.

Вадим Миронов отметил, что арендовать сторонние вычислительные мощности, конечно, можно, такая практика есть. Но это вопрос удобства, а в некоторых случаях и вопрос специфики задач – не все задачи можно решать удалённо в силу закрытости.

Мозги учёных vs. суперкомпьютер

Несмотря на то, что потребность в отраслевом вычислительном кластере в «Роскосмосе», казалось бы, назрела не одним днём, такой системы, в отличие от некоторых других госкорпораций, у него пока нет.

Причины его отсутствия Артём Рассказов, отвечая на вопрос TAdviser, пояснил следующим образом. Дело в том, что создание больших вычислительных мощностей – это задача сложная и дорогая, и с этой точки зрения в государстве возникла определённая очерёдность в создании таких систем: в первую очередь – наиболее важные с точки зрения обороны там, где это необходимо.

В России есть приоритетное технологическое направление по суперкомпьютерам, и в рамках него в своё время был выработан подход некой трёхуровневой системы: уровень национальных центров, уровень отраслевых центров и уровень вычислительных центров предприятий. Это разные по набору программного обеспечения и по вычислительной мощности системы. Поэтому в данном случае речь, скорее, в экономической эффективности и приоритетности, говорит Артём Рассказов.

Ключевые отрасли, где в мире требуются суперкомпьютеры, – это ядерная тематика, расчёты климата, нефтяные расчёты, аэродинамические и газодинамические в космической отрасли. Сюда же можно отнести расчёты в области графики – например, для мультфильмов, и в последнее время – тренировку нейронных сетей, добавил замдиректора департамента цифрового развития «Роскосмоса».

На встрече представителей «Центра Келдыша», «Роскосмоса», РФРИТ с прессой 5 апреля (фото - РФРИТ)

Надо сказать, что американцы годами трубят о том, что высокопроизводительные вычислительные системы – это критический фактор конкурентоспособности и на локальном, и на международном уровне в науке и промышленности и на госуровне выделяют крупные средства на развитие таких систем. Нынешняя суперкомпьютерная гонка между некоторыми странами напоминает космическую гонку времен холодной войны.

В текущем рейтинге топ-500 мощнейших суперкомпьютеров мира^[1] можно увидеть три вычислительных системы, установленных в исследовательском центре NASA. Самая мощная из них обладает реальной производительностью 9 Пфлопс и занимает 63 место в топ-500.

У «Роскосмоса» таких систем нет, но и без них традиционно есть уникальные разработки, включая такие, которые опережают существующие мировые, и продукция, которую вплоть до последнего покупали, в том числе, американцы. Например, ракетный двигатель РД-180.

«Со времён Советского Союза мы брали, скорее, умением, а не числом», - говорит Артём Рассказов. С ним соглашаются коллеги.

Недостаток вычислительных мощностей мы компенсируем знанием физики, - говорит Игорь Лаптев, руководитель лаборатории математического моделирования «Центра Келдыша».

Это показывает уровень тех людей, которые участвуют в разработке: чем выше уровень, тем меньше вычислительных мощностей нужно для того, чтобы решить одну и ту же задачу, резюмировали на встрече.

См. также

Разработчик ракетных двигателей «Роскосмоса» вооружается российским ПО для моделирования, избавляясь от импортного

Производитель ракет-носителей «Протон» и «Ангара» затеял переход с Siemens на российское инженерное ПО

Индустриальные центры компетенций (ИЦК)

Гранты на разработку и внедрение ИТ-решений в России

Примечания