รายงานล่าสุดจากการเปิดเผยของ NASA ระบุว่า ศูนย์วิศวกรรมและความปลอดภัยของ NASA (NESC) ได้ดำเนินการปรับปรุงซอฟต์แวร์ Chemical Equilibrium with Applications (CEA) ซึ่งเป็นเครื่องมือพื้นฐานสำคัญที่ใช้ในการวิเคราะห์ระบบขับเคลื่อน (Propulsion System) มาอย่างยาวนาน โดยได้รับการพัฒนาจากเวอร์ชันเดิม CEA2 สู่เวอร์ชันล่าสุด CEA v3 เพื่อยกระดับความสามารถในการคำนวณและรองรับการทำงานร่วมกับซอฟต์แวร์วิศวกรรมสมัยใหม่ได้ดียิ่งขึ้น
Chemical Equilibrium with Applications (CEA) คือรหัสคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการคำนวณสมดุลทางเคมี เพื่อทำนายอุณหภูมิและการเผาไหม้ในเครื่องยนต์จรวด รวมถึงสมรรถนะของระบบขับเคลื่อนและการวิเคราะห์คลื่นกระแทก (Shock) ซึ่งถือเป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบยานอวกาศ
ก้าวสู่สถาปัตยกรรมซอฟต์แวร์สมัยใหม่
การวิเคราะห์ระบุว่า CEA v3 ได้รับการเขียนขึ้นใหม่โดยใช้ภาษา Fortran 2008 ในรูปแบบการเขียนโปรแกรมเชิงวัตถุ (Object-oriented) ซึ่งช่วยให้ซอฟต์แวร์มีความเสถียรและบำรุงรักษาได้ง่ายกว่าเวอร์ชันเดิมที่เป็นรูปแบบ Procedural จุดเด่นสำคัญของการปรับปรุงครั้งนี้คือการสร้างส่วนต่อประสาน (Interface) ที่รองรับภาษาโปรแกรมยอดนิยมในปัจจุบันอย่าง Python, C, MATLAB และ Excel
"การปรับปรุงครั้งนี้ช่วยให้ CEA สามารถถูกนำไปใช้งานได้โดยตรงในกระบวนการวิเคราะห์อัตโนมัติ และการศึกษาออกแบบที่มีความซับซ้อนสูงได้ทันที"
ขยายฐานข้อมูลเชื้อเพลิงรักษ์โลก
ในเวอร์ชันใหม่นี้ NASA ได้ขยายฐานข้อมูลทางอุณหพลศาสตร์ (Thermodynamic Data) เพื่อรองรับเชื้อเพลิงขับดันรุ่นใหม่ที่กำลังเป็นที่ต้องการในปัจจุบัน โดยเฉพาะกลุ่ม Green Propellants หรือเชื้อเพลิงขับดันที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีความเป็นพิษต่ำ เช่น ADN, HAN และ LMP-103S รวมถึงเชื้อเพลิงการบินที่ยั่งยืน (Sustainable Aviation Fuels) อย่าง n-Butanol ซึ่งจะช่วยให้การวิเคราะห์ระบบขับเคลื่อนในภารกิจยุคใหม่มีความแม่นยำสูงขึ้น
ประสิทธิภาพการทำงานที่รวดเร็วขึ้นอย่างมหาศาล
จากการทดสอบประสิทธิภาพพบว่า แม้การคำนวณในแต่ละกรณี (Single Calculation) ของ CEA v3 จะช้ากว่าเวอร์ชันเดิมเล็กน้อยเนื่องจากความซับซ้อนของสถาปัตยกรรมใหม่ แต่เมื่อเป็นการทำงานในลักษณะชุดข้อมูลขนาดใหญ่ (Parametric Sweeps) หรือการทำ Optimization ผลลัพธ์กลับดีขึ้นอย่างน่าตกใจ
จากการทดสอบเปรียบเทียบการคำนวณ 108,500 กรณีศึกษา CEA v3 สามารถประมวลผลเสร็จสิ้นในเวลาเพียง 1.11 วินาที ในขณะที่เวอร์ชันเดิมต้องใช้เวลาถึง 15 นาที ซึ่งหมายถึงความเร็วที่เพิ่มขึ้นกว่า 800 เท่า ช่วยให้นักวิศวกรสามารถศึกษาความเป็นไปได้ในการออกแบบได้หลากหลายและรวดเร็วกว่าที่เคยเป็นมา
แนวทางการใช้งานสำหรับวิศวกร
NASA ได้ให้คำแนะนำแก่หน่วยงานด้านวิศวกรรมในการเปลี่ยนมาใช้ CEA v3 สำหรับโครงการพัฒนาใหม่ ๆ เพื่อใช้ประโยชน์จากฐานข้อมูลที่กว้างขึ้นและการเชื่อมต่อกับระบบอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม สำหรับภารกิจสำคัญที่เคยใช้ฐานข้อมูลเดิม ควรมีการตรวจสอบความถูกต้อง (Validation) อีกครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนผ่านเป็นไปอย่างราบรื่น
ผู้ที่สนใจสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมได้จากเอกสารทางวิชาการ TB 26-04 หรือเข้าถึงคลังรหัสต้นฉบับได้ที่ GitHub ของ NASA และติดตามรายละเอียดการใช้งานได้ที่ เว็บไซต์คู่มือ CEA
