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超能计划范文第1篇
关键词 超级计算机 MPP结构 NOW结构
中图分类号 TP338.4
文献标识码 A
1 超级计算机的现状
1．1 超级计算机的分类
超级计算机可分两类，采用专用处理器或者采用标准兼容处理器。前者可以高效地处理同一类型问题，而后者则可一机多用，使用范围比较灵活、广泛。专一用途计算机多见于天体物理学、密码破译等领域。国际“象棋高手”“深蓝”、日本的“地球模拟器”都属于这样的超级计算机。据统计，500强超级计算机有232个是非专用系统，服务于军事、医药、气象、金融、能源、环境和制造业等众多领域。
1．2 世界超级计算机的现状
目前，世界排名前10位的超级计算机中美国有7台，但首位却是日本“地球模拟器”。该模拟器是2002年由日本电气公司开发成功，每秒运速为35.86万亿次，曾长时间保持世界超级计算机运速的最快记录。这一排名极大地刺激了美国，为此美国能源部赶快和IBM等公司合作研制，并于2004年9月开发成功了“地球模拟器”。日本也穷追猛赶并于2004年10月20日由日本电气公司宣布，已开发成功世界运速最快的“SX-8”超级计算机，每秒运速为 58万亿次，由5/2台计算机连接在一起，中央处理器由日本电气公司提供。美国国防部立即启动一项计划：开发一台每秒1 000万亿次超级计算机。而雄心勃勃的日本电气公司、东芝公司和日立制作所三家合作，抛出了一个具体计划，即于2010年开发出每秒运速为1 000万亿次以上的超级计算机，并且由日本东京大学牵头联合研制世界上最高速超级计算机“GRAPE-DR”，每秒可运行2 000万亿次。
1．3 中国超级计算机的现状
从1978年，邓小平同志在第一次全国科技大会上说：“中国要搞四个现代化，不能没有巨型机！”此后，我国计算机专家奋起直追，经过几十年不懈努力，取得了丰硕成果，“银河”、“曙光”、“神威”等高性能计算机的出现，使我国成为继美国、日本之后第三个具备自行开发高性能计算机的国家。
1983年，“银河I”在国防科技大学诞生；1992年，“银河II”10亿次巨型计算机在长沙通过鉴定；1997年，由国防科技大学计算机研究所研制的“银河III”并行举行计算机在北京通过国家鉴定。“银河III”并行巨型计算机袭用在用访存指令直接访问全局共享分布存储器，基于三维环网拓扑的宽带、低延迟通信、MPP资源管理与处理机调度、可移植PDI框架的并行I/O软件、面向多种语言、多目标机的具有统一中间代码结构的高性能优化编译，巨型计算机高性能网络软、硬件设计等技术方面属于领先水平，系统综合达到当前国际先进水平。
1993年，曙光1号由国家智能中心推出；1995年5月，曙光2号推出；此后陆续在1998年、1999年推出“曙光2000—I”、“曙光2000-II”超级服务器。
而1999年研制出的“神威”，其高性能主要表现在，它是一种可缩放大规模并行计算机系统，其峰值运算速度可高达每秒3 840亿浮点结果，位居当今全世界已投入商业运行的前500位高性能计算机的第48位。
2 超级计算机的用途推动其发展
超级计算机的应用十分广泛，其主要包括计算密集型(如大规模工程计算和数值模拟)、数据密集型(如数据仓库和数据采集)以及通信密集型(如协同工作和远程遥控)三个方面。超级计算机的进步极大地推动了这些应用的发展；反之，这些应用领域不断出现的新需求又直接地刺激了超级计算机的研究与开发。
美国能源部（DOE）的“加速战略计算创新”(AS-CI)计划是在全面禁止核试验的情况下，为了保持它的核威慑能力和核垄断地位而提出的一项创新计划。通过该计划，美国采用以计算为基础的方法代替以地下核试验为基础的方法，利用数字方程和三维建模仿真核武器爆炸的效果，确保现有库存核武器的性能、安全和可靠性。ASCI共投资10亿美元，主要参与者有SNL、LANL、LLNL三个国家实验室和Utah、Illinois、Stanford、Chicago、CalTech五所大学，在工业界选择了IBM、Intel和SGI/Cray三个合作伙伴。ASCI计划将为DOE提供5台1-100TFLOPS的超级计算机。第一台是Intel公司1996年宣布的1.8TFLOPS“ASCI红色”，现已在SNL安装使用；1998～1999年完成两台3万亿次量级的系统，即上面提到的“ASCI蓝色太平洋”和“ASCI蓝山”，它们将分别安装在LLNL和LANL；去年2月份IBM又与DOE签约，定于2000年完成由8 000个处理器构成的lOTFLOPS“白色选择”，届时该系统也将安装在LLNL。此外，DOE的规划还确定2001年将完成30TFLOPS，2004年实现100TFLOPS。为了解决10-100TFLOPS机器的关键技术，DOE在去年又推出了ASCI的一个补充计划——Pathforward计划，该计划拟解决4项关键技术:可扩展互连技术；分布式并行操作系统；并行程序调试和性能监测环境；大容量数据存储技术。
印度虽只是一个发展中国家，但它对超级计算机在核武器研制中的应用十分重视。印度政府认为，超级计算机为印度提供了在计算领域与发达国家进行平等竞争的机会。为了不受制于发达国家的禁运，印度政府制定了Param计划，具体由印度先进计算技术开发中心(C-DAC)负责执行。该计划至今已先后推出了Param 8000、 8600、9000和10000系统，尤其是1998年推出的Param 10000系统综合了NOW(工作站网络)、COW(工作站群)和MPP(大规模并行处理)结构的优点，具有良好的可伸缩性，可提供台式机至TFLOPS级的性能。Param 10000最高配置1000个节点，每个节点含4个300 MHz的U1traSPARC-II处理器。据分析，印度政府去年5月份之所以冒天下之大不题，连续5次进行核爆破，其重要目的之一就是要为它新研制的超级计算机提供各种实际核试验数据，为将来利用超级计算机进行实验室模拟打下坚实的基础。
技术侦察是世界各国都非常重视的军事领域，为了能及时有效地对侦察到的各种信号、密码进行处理和破译，技术侦察部门往往都配备了非常先进的超级计算机处理系统。例如，美国国家安全局配备的超级计算机以5240.02GFLOPS的总计算能力高居因特网不久前的世界计算能力最强站点排名表之首，尤其是它的T3EI200 LC1080和T3E900 LC1328分别达到了1263.6GFLOPS和1165.32GFLOPS的峰值性能。此外，为了以超级计算机为辅助手段提高武器性能、部队战斗力和防卫系统的水平，美国国防部(DOD)投资20亿美元，制定了为期8年的“高性能计算现代化计划”(HPCMP)。该计划分10个领域，包括计算流体动力学、计算化学和材料科学、大气、海洋建模和模拟等。HPCMP计划的策略是采购市场上最先进的软、硬件系统构成超级计算机。
美国政府曾在1994年专门成立了一个千万亿次机应用研究小组，研究结论是有12个领域的62种应用需要千万亿次级计算机，它们都是国民经济、国家安全和基础科学研究方面的重大问题，例如天文模拟、飞机大涡流模拟、能量研究等。为此，美国政府在1998年度的“计算、信息与通信”(CIC)计划蓝皮书中，已正式将千万亿次超级计算机的软、硬件研究列入计划。CIC计划是1997年由著名的“高性能计算与通信”(HPCC)计划扩展而成的一项战略性研究计划，具体由美国国家科学技术委员会负责管理实施，美国能源部、国防部、教育部、国家科学基金会、航空航天局、环境保护局等12家单位参与了该项计划。另外，日本东京大学也已计划在未来5年时间内研制出专门用于天体物理中多体问题计算的GRAPE-6专用超级计算机，若该计划能如期完成，它将是世界上第一台峰值性能达到千万亿次量级的超级计算机。
3 超级计算机的展望
3.1 MPP结构仍是主流体系结构
MPP系统由于突破了冯·诺伊曼机顺序执行的限制，系统性能随处理器数量增加而增强，能最大限度地提高计算速度，并且系统的性价比高，为众多用户创造了使用超级计算机的条件。从最新TOP500排名表来看，峰值速度超过3 000亿次的25台超级计算机清一色为MPP系统。由此可见，MPP系统在当今的超级计算机市场已占据绝对优势，成为主流产品。其应用从科学和工程计算领域扩展到事务处理、决策支持等方面。
3.2 SSMP成为开发热点
MPP系统的可伸缩性与可编程性一直是一对非常突出的矛盾。NUMA（非均匀存储访问)结构为可伸缩性提供了有效的解决方法，传统的SNIP结构则在可编程性方面具有明显的优势，这两种思想的结合形成了SSMP(可缩放共享存储多处理)体系结构，使可伸缩性与可编程性得到较好的统一，成为实现超级计算机的有效途径之一。
3.3 向量机继续发展
20世纪80年代，以Cray系列为代表的向量机一直是超级计算机领域的主流产品，它占据着超级计算机90%的市场。进人90年代以后，由于受物理极限的限制，向量机的时钟周期进一步提高难度很大，加上研制周期长、开发成本高等诸多因素，向量超级计算机开始走下坡路。对此，业界曾有人预言:向量机(包括PVP)已日落西山，最终会被市场淘汰。然而从1998年SGI/Cray和NEC公司的行动来看，向量超级计算机的前途并非如此暗淡。
SGI/Cray于2005年6月16日公布了其新的SV1系列向量超级计算机。该系列采用CMOS结构，处理器峰值速度为4GFLOPS，单机柜节点峰值性能达到32GFLOPS，系统在最高配置时峰值性能为1 TFLOPS，存储容量达到ITB；运行第十代UN I-COs操作系统，不受“2000年问题”影响。SV1系统的性价比是当前市场领先向量系统的9倍，它是SGI/Cray公司发展超级计算机计划中的一个重要里程碑。
3.4 NOW结构前景广阔
通过高速网络将高性能的工作站互连起来，构成支持并行计算的工作站机群系统是获得廉价的巨大计算能力的一种有效方法，它与直接构造MPP系统相比，在结构的可伸缩性、系统的可用性和性价比等多方面有着更大的优势。组成NOW的工作站和互连网络可以是同构的，也可以是异构的；互连网络通常采用LAN，如以太网、令牌环网、FDDI等，也可以采用TM网络。
NOW当前的一个主要应用方向是并行Web服务器，由于Internet的迅猛发展，传统的Web服务器难以承受负载的不断增加和负载的多样性，利用NOW对用户提供并行服务，实现分布负载，缩短响应时间，是很好的解决方法。
4 结语
2004年是万亿次量级超级计算机蓬勃发展的一年。在推出的众多新产品中，以通用微处理器为基础的MPP结构仍占据主流地位。但以Cray SV系列、富士通VPP系列以及NEC SX系列为代表的PVP结构由于相关应用的需求，也显示了强劲的发展势头。在未来的几年中，受政府行为和市场需求的双重推动，超级计算机将向着更高的性能目标迈进。同时，随着半导体技术的发展趋于极限，基于一些新材料、新工艺的非传统超级计算技术，例如光互连技术、超导体计算机、分子计算机和量子计算机等也将蓬勃兴起。
参考文献
1 李峰.日本开发出每秒运算次数达58万亿次的超级计算机[J].功能材料信息，2005（1）
2 禾刀.第27次世界TOP500超级计算机[J].高性能计算技术，2006（3）
超能计划范文第2篇
近年来，美国进行了一系列高超声速飞行器的飞行试验。试验飞行器的种类很多，试验结果有成功，有失败，或成败参半。总体上，美国的高超声速计划留给人们的印象是重要、复杂和多变。要了解美国的高超声速计划的发展思路和起伏变化，就必须从其发展历史说起。美国高超声速计划的起伏与调整
高超声速飞行器可泛指在大气层中马赫数大于5的飞行器。美国的高超声速计划已经走过了半个多世纪。早在上世纪40年代，我国著名科学家钱学森在美国就对高超声速飞行的基本理论进行了研究。60年代初，美国的×-15用火箭发动机实现了首次高超声速飞行（飞行M数大于5.3）。在这以后，美国转而关注利用吸气式发动机的高超声速飞行，开展了超燃冲压发动机等关键技术的研究，掀起了第一个高潮。由于难度太大，不久之后，研究工作几乎停顿。在美国设计航天飞机时，仍决定采用较成熟的火箭发动机。直到1986年，美国航宇局（NASA）决定上马单级入轨的空天飞机（NASP）计划，被人们称之谓“高超声速的复苏”。这个计划在花出30亿美元资金后，在1995年下马。失败的主要原因是方案过于先进；超燃冲压发动机技术还不成熟；所需资金过大而无法承担；过分依赖于计算流体力学的计算，对地面试验和飞行试验重视不够等。在这之后，NASA认真吸取了教训，继续执行了一项规模较小的飞行演示验证的Hyper-X计划，其目的是扩展将来可以军民两用的高超声速技术基础。它的第一个无人高超声速验证机就是X-43A。
X-43A的飞行试验虽然成功，但其飞行马赫数是固定不变的（7或10）。由于其技术水平仍与实现空天飞机的距离甚远，NASA果断放弃了后续的以空天飞机为目标的X-43B和X-43C计划，转入了基础研究。
2001年，NASA和美国国防部就联合提出了“国家航空航天倡议”（NAI）。在这个倡议中，重点讨论了采用吸气式发动机在大气层中进行高超声速巡航飞行的技术。该倡议建议美国发展吸气式高超声速飞行器分三步走：近期致力于高超声速巡航导弹，中期集中于发展高超声速轰炸机，远期瞄准重复使用的航天运载器。与此同时，美国空军、海军都进行了以高超声速巡航导弹为背景的验证机研制。
2007年，美国国防部为了整合美军的高超声速研究、发展、试验和评估（RDT&E）活动，并便于与NASA协调，成立了高超声速技术联合办公室。2008年2月，美国国防部向美国国会递交了《国防部高超声速计划路线图》。在这个文件中，美军扩大了高超声速技术的定义。新的定义是：使大气层高超声速机动飞行成为可能的技术。由此计划发生了重大转折，不仅包括吸气式高超声速巡航飞行的技术，而且扩展到包括采用火箭发动机和组合发动机在大气层中进行高超声速机动飞行的技术，采取了“两边下注”的策略。
上述路线图进一步明确了美军的高超声速计划的目的，是为美军提供三项未来的作战能力：打击/持久作战能力；空中优势/防御能力；快速进入空间能力。这个路线图对这三方面，都提出了由一系列技术产品支撑的路线。这些技术产品包括了本文所讨论的各种试验飞行器。除此之外，还列出了试验与设备资源的路线图和基础研究的路线图。
吸气式高超声速飞行试验
X-43A是一个3.66米长的无人高超声速验证机。它采用升力体构形、氢燃料双模态（亚声速/超声速）燃烧；中压发动机，机身和发动机采用一体化设计。验证机由B-52飞机投放的“飞马”火箭的第一级来助推。2001年6月2日，在加州爱德华兹空军基地进行了X-43A的首次试飞，由于助推火箭偏航自爆，试验宣告失败。2004年3月27日进行了第二次试飞。在助推火箭的推动下，飞到3万米的高空，此后靠自身的采用氢为燃料的超燃冲压发动机，飞行约6分钟后，坠入了太平洋。在飞行中，X-43A的飞行M数达到6.83。2004年11月16日进行了第三次试飞。“飞马”火箭将X-43A推至大约33，5千米的高空，飞行M数达到9.65。两次飞行超燃冲压发动机工作仅10秒～11秒。从而，x-43A为人类实现高超声飞行，跨出了艰难的第一步。
美国空军在完成HyTech（1995～2002）计划的基础上，推动了一个采用碳氢燃料的超燃烧冲压发动机的飞行验证器（X-51A）计划。该项目由波音公司、普惠公司和美国空军研究实验室共同研制，其飞行M数将达到6～7。验证器为乘波外形，长7.9米，重1810千克。X-51A沿用了X-43A时采用过的双模态超燃冲压发动机。
2010年5月26日，X-51A进行了的第一次飞行试验。B-52从爱德华兹空军基地起飞，爬升到15千米高空，马赫数为0.8时，释放了由助推器和验证机组成的组合体。大约4秒后，助推器按照预定程序点火，将X-51A验证机，助推到M数4.8。随后，X-51A验证机与助推器、级间段分离，按照预定程序，成功地完成了一个平缓的180度滚转机动。在这一过程中，X-51A将进气口从上方位置改变为腹部位置，飞行速度略微降低到马赫数4.73。随后，超燃冲压发动机先点燃乙烯，然后过渡到JP-7碳氢燃料的点火、燃烧。接着，X-51A开始逐步加速。此时遥测数据表明，加速度略低于设计值，而且发动机舱后部的温度明显高于设计值。通过监测数据发现，X-51A开始减速，并且遥测信号丢失，于是下令终止试飞，飞行器启动了自毁程序。结果，超燃冲压发动机只工作了143秒，并未达到预期的300秒时间，最大M数只达到4.87。美军主管X-51A的美国空军研究实验室（ANRL）认为，在结束试验前30秒，喷管前的密封失效而导致发动机推力减少。
2011年6月13日，×-51A又进行的第二次飞行试验。在飞行中由于超燃冲压发动机的进气道未能正常启动，飞行试验被迫提早终止。在操控人员的控制下，飞行器溅落到加利福尼亚沿海。
2012年8月14日，X-51A的第三次试飞又宣告失败。在当天的试验中，助推火箭顺利点火，但在飞行16秒后，飞行器上一个平衡尾翼出现问题，导致其超声速燃烧冲压发动机无法成功点火，飞行器很快失去控制，坠入太平洋。
今年5月1日X-51A进行了第四次试飞。这次试验前根据前三次飞行试验的教训，对飞行器进行了多项改进。组合体在固体火箭的推进下飞行。当飞行M数达到4.8时，X-51A与固体火箭脱离，并点燃了双模态冲压发动机。在240秒之内，发动机内的燃料就已耗尽，最大飞行M数达到5.1。然后，X-51A又滑行了几分钟，按照预定的计划坠毁在太平洋中。X-51A在这次飞行试验中的飞行距离超过了426千米，并获得了370秒的飞行数据。这次试验比前三次的结果虽好，但并未达到预期目标。X-51A的飞行试验原定的目标是飞行马赫数达到6～6.5，发动机工作时间达到300秒。假若用了如此复杂的超燃冲压发动机，只能达到现在这个试验结果，那么，只用固体火箭发动机就能达到，或用简单可靠的亚燃冲压发动机，也可得到类似的结果，
美国海军的高超声速飞行试验计划进展也很不顺利。2001年，美国国防高级研究计划局（DARPA）和海军研究办公室联合开展了“高超声速飞行验证计划（HyFly）”。美国ATK公司为HyFly制造了与X-43A和X-51A的双模态发动机完全不同，但使用碳氢燃料的双燃烧室冲压发动机。2005年8月、2008年1月和2010年7月，HyFly的连续三次飞行试验，均因出现故障而宣告失败。第一次为燃油系统出现故障，第二次为燃油泵故障，第三次是助推器没有成功点火。
可以预测，在X-51A完成第四次飞行试验后，美国的吸气式高超声速计划将进行调整。
高超声速助推滑翔飞行试验
2002年，DARPA提出了“兵力运用与从本土发射（FALCON）”计划，也称猎鹰计划。猎鹰计划近期目标是研制一次性小型运载火箭（SLV）和通用气动飞行器（CAV），使用SLV把CAV发射到亚轨道并再入大气层后，通过高升阻比的气动外形，进行长时间的大距离滑翔，并具备大范围机动的能力。2004年美国国会审议猎鹰计划时，通过了预算拨款但取消了猎鹰计划中的武器部分，规定不能用于武器化的CAV开发，也禁止使用陆基或是潜射弹道导弹发射CAV。在这之后，CAV改名为高超声速技术飞行器（HTV）。HTV作为高超音速技术演示和验证计划的一部分，着眼于进行在较高的高空，验证与高超声速飞行相关的技术，如高超声速空气动力学、长时间高超声速飞行的防热技术、高超声飞行下的制导、导航与控制技术等。在计划的执行过程中，HTV-1、HTV-3相继被撤消，只有由洛克希德马丁公司的臭鼬团队研制的HTV-2飞行器，进行了两次飞行试验。
HTV-2使用优化设计的乘波外形以提高升阻比。它在防热上在其外部采用了低烧蚀的碳一碳复合材料，配合一系列隔热措施，来确保内部的常温环境。2010年4月，在加州范登堡空军基地，进行了猎鹰HTV-2首次飞行试验，用“米诺陶”-4运载火箭将HTV-2送至预定分离点，HTV-2在飞行M数超过2时与火箭上面级分离，但在发射9分钟后，与地面控制站就失去了联系，试验宣告失败。2010年末，DARPA公布了独立的工程审查委员会对HTV-2的调查结果，指出首飞失控最可能的原因是偏航超出预期，并同时耦合滚转，这些异常现象，超出了姿态控制系统的调节能力，导致飞行器坠毁。2011年8月13日，又进行了“HTV-2”的第二次试飞，但HTV-2在升空大约半小时后，便与地面失去联系，试飞再次宣告失败。DARPA对事故分析后表示，高超声速飞行导致飞行器大部分外壳损毁。研制者推测，部分外壳因局部烧蚀损坏后，快速形成的损伤区在飞行器周围，产生了意料之外的强大激波，导致飞行器的飞行迅速终止。
美国DARPA已经决定不再进行HTV-2的第三次试验。2012年7月，DARPA了综合高超声速（IH）计划招标公告，提出发展更先进的高超声速飞行器系列。该计划是一项综合性高超声速发展计划，着眼于未来快速全球打击、控制空间，以及远程力量投送和时敏目标打击等作战意图，兼顾了多个技术发展方向。计划首次进行“高超声速滑翔飞行器（HGV）”的飞行试验，将采用较尖的头锥和翼前缘，其升阻比要比HTV-2高出20%。为了减小飞行器在再入时的气动加热，计划将发展新的助推火箭，让飞行器能较平滑地进入滑翔轨道。在控制上，则要采用已在X-37B上成功应用的鲁棒控制技术。在这基础上，这个计划还将进一步要进行全尺寸的“Hypersonic-X”飞行器的试验。
在美国陆军航天与导弹防御司令部/美国陆军战略司令部成功地完成“先进高超声速武器”（AHW）首次飞行试验前，几乎无人知道这个项目。AHw项目由上述两个司令部在亚拉巴马州亨茨维尔建立的项目办公室管理和实施。助推器系统和高超声速滑翔体（HGB）。均由位于新墨西哥州阿伯克基的桑迪亚国家实验室研制，防热系统由位于亚拉巴马州亨茨维尔的美国陆军航空与导弹开发与工程中心研制。助推器系统是一个名为战略目标系统的三级火箭。它的第一级和第二级部采用“北极星”A3发动机，第三级采用ORBUS 1A发动机。HGB采用带有小翼的锥形设计。它的内部设计成适合于安装有效载荷。2011年11月17日，AHW在位于夏威夷州考艾岛的太平洋导弹靶场发射升空，成功地击中距离发射场大约3700千米，位于太平洋夸贾林环礁的美国陆军里根试验场的目标。这次试飞的目的，主要是搜集高超声速助推滑翔飞行器的数据，重点考核了用于该滑翔飞行器的三项技术：空气动力；制导、导航与控制和热防护。
根据这次飞行试验成功后媒体的报道，估计AHW可在35分钟飞行时间内飞行6000千米，精度可小于10米。它的HGB可在全球范围内中程投送非核的常规有效载荷。这种武器一旦投入使用，计划首先装备在关岛，将对中国造成威胁。
2010年7月，DARPA推出了“弧光”远程高超声速导弹计划。按照设想，这种新型导弹主要由导弹助推器和高超声速滑翔飞行器两部分组成。导弹助推器采用现役“标准”一3型导弹的助推器，而高超声速滑翔器则可携带500千克—1000千克的有效载荷，能在30分钟之内对3800千米以外的时间敏感目标实施打击。2011年4月，美国国防部宣布暂停这个计划。
小型无人航天飞机飞行试验
2010年4月22日，美军的小型无人航天飞机X-37B的第一架轨道试验飞行器（OTV-1），在卡纳维拉尔角空军基地，由“宇宙神”一5火箭将其发射入轨。同年12月3日结束任务返航，总共在轨飞行225天。在轨期间曾进行了多次的重大变轨。在OTV-1返回着陆接地时，它的主起落架左机轮轮胎爆裂，但仍准确地沿着跑道中心线滑跑，也成功验证了其自主控制系统的完整性和健壮性。
2011年3月5日，×-37B的第二架轨道试验飞行器（OTV-2）成功发射入轨，并于2012年6月16日凌晨，在加利福尼亚州的范登堡空军基地，悄悄地顺利着陆返回。它在轨飞行长达469天，进行了一系列轨道器技术和有效载荷的试验。2012年12月11日从卡纳维拉尔角空军基地第三次成功发射。执行本次任务的X-37B与2010年发射的为同一架。
×-37B的飞行试验结果表明，它选择的构型是成功的。在总结了“哥伦比亚”号失事的教训后，它回到了X-20的火箭顶推式，从而避免了外部燃料箱的隔热泡沫塑料，会打坏轨道器防热瓦的问题。它的气动外形，虽然也采用航天飞机的双三角机翼，但机身头部的钝度更大。它将原来航天飞机的中央垂直尾翼（舵）改为两个侧垂尾翼（舵）。这样，既改善了X-37B的偏航性能，而且缩小了全机的高度，使其在机身底部安装减速板后，仍可以放入整流罩内。虽然美国在研制X-37B时，可以参考美国在研制航天飞机的大量数据，但为了正确预测X-37B的气动性能和热环境，它仍在各类风洞中吹风约6000小时。
在X-37B第一次成功返回地面后，美国空军负责航天项目的副部长理查德·麦肯尼说：“这架飞行器旨在验证材料和能力，把多项实验送入太空，并将其带回地面检验这些技术。”美国空军多次声称，X-37B是一个纯粹且单纯的试验飞行器。用于验证技术和能力，但飞行器上的实验和项目预算仍然保密。由于X-37B的有效载荷很小，估计它只能完成部分侦察有效载荷的试验任务。其侦察功能相当于美国空军于1965年开始的非回收的空间试验计划（Air Force Space Test Program）中的试验型侦察卫星的功能。
超能计划范文第3篇
【关键词】 超级计算 物理学 研究
1 计算科学的重要性日益凸显
当前，超级计算已成为继理论和实验之后科学研究的第三大研究方法，已经渗透到科学研究与工程设计的各个层面，成为促进重大科学发现和科技进步的重要手段。在一些新兴的学科，如新材料新能源技术和生物技术领域，超级计算机已成为科学研究的必备工具。同时，超级计算也越来越多地渗透到能源开发、高端装备制造等一些传统产业，以提高生产效率、降低生产成本。金融、政府信息化、企业等更广泛的领域对超级计算的需求也迅猛增长。现今超级计算是国家科学技术创新发展的关键要素，是体现国家科学技术核心竞争力的重要标志，是支撑国家综合国力持续提升的关键领域之一。
同时，应用领域的快速扩展，也对超级计算发展提出了更大需求和更高要求。尤其当代科技对计算的要求越来越高，应用领域要达到全物理、全系统、三维、高分辨、高逼真的建模能力，这一要求已远远超过目前的计算能力。这是一个巨大的挑战，带来了一系列世界性难题，形成了当代科学计算的学科前沿。正是由于需求的牵引和计算科学自身发展的推动，各发达国家都大力发展超级计算。我国也在《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020）》等关系国家战略发展方向的重要文件都指出，要大力发展新一代信息技术，突破制约高端信息技术产业发展的瓶颈，掌握超级计算、云计算、大数据等核心技术，以应用需求为导向，重视和加强创新，开发支撑和带动产业发展的技术和关键产品，促进产业改造和技术升级。
2 超级计算发展迅速及各国发展战略
超级计算的核心是超级计算机，超级计算机并没有明确定义，通常指能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑，具有很强的计算和处理数据的能力，配有多种外部和设备及丰富的、高功能的软件系统。1976年世界上首台商用巨型机Cray-1问世，成为超级计算机发展起步的标志。超级计算机发展迅速，截止2013年底，短短37年的时间，性能提升超过100，000，000倍，Cray-1浮点计算性能只有160Mflops（现在普通电脑的性能已达到1，000Mflops量级），而2013年排名世界第一的“天河二号”超级计算机峰值计算速度每秒达5.49亿亿次（54，900，000，000，000Mflops）、持续计算速度每秒3.39亿亿次[1]。
从技术发展角度来说，单个CPU性能提升基本满足“摩尔定律”，也就是每18个月左右CPU性能提升1倍，但是超级计算机性能的提升远高于高CPU性能提升的速度，基本按指数方式在提升（参看图1）。超级计算机之所以能获得如此卓越性能和发展速度，主要得益于并行技术的支撑[2]。
世界上许多国家对计算能力的建设和计算科学的发展都给予了高度重视，不少国家都制定了国家层面的计划[3，4，5]。
（1）美国：从1970年代起就实施了一系列推动计算科学发展的国家计划，包括“战略计算机计划”（SCP）、“高性能计算和通讯计划”（HPCC）、“加速战略计算计划”（ASCI）、“先进计算设施伙伴计划”（PACI）等。2005年，美国总统信息技术咨询委员会（PITAC）的报告《计算科学：确保美国的竞争力》中指出，“二十一世纪最伟大的科学突破将是计算科学所获得的成就”，建议“联邦政府、学术界和工业界必须共同制定一个数十年的发展蓝图，在科学和工程学科方面推动计算科学的发展。”并且警告说：“美国现正处在关键时刻，如果我们还不高瞻远瞩和承担自己的义务，长此以往，国家的科学领导地位、经济竞争力和国家安全后果不堪设想。”2006年，NSF提出了到2010年建设千万亿次计算规模的国家超级计算环境[6]。
（2）欧盟：欧盟“欧洲高性能计算任务组（HET―High Performance Computing in Europe Taskforce）”在2007年1月了欧洲在高性能计算领域的政策框架建议[7]，提出在欧洲建立一个可持续的科学研究超级计算基础设施，其中包括一个位于“高性能计算生态系统（HPC Ecosystem）”金字塔顶端的千万亿次超级计算机。2010年6月，欧盟在西班牙巴塞罗那宣布启动一项投入经费5亿欧元的计划，该计划被命名为欧洲先进计算伙伴关系（PRACE），将联合欧委会与20个欧洲国家的力量，使欧洲科学家能够共享其它国家的超级计算机，运算速度将达到每秒1千兆次。通过PRACE计划，德国的目前欧洲最快运算速度的Jugene将成为第一个为欧洲科学家提供服务的超级计算机。到2015年，位于德国、法国、意大利和西班牙的更多超级计算机将陆续提供类似服务。该计划将对具有提供超级计算机落户条件的国家开放[8]。
（3）日本、澳大利亚、韩国等国家都对超级计算能力建设和应用高度重视，提出了部级计划。日本在2002年依靠“地球模拟器”、2011年“京”两次获得世界排名第一，更是与2013年启动了“E”超级计算机的研制计划。
（4）中国：我国科技部的国家863计划于2006年启动了“高效能计算机及网格服务环境”重大专项，已连续“十五”、“十一五”、“十二五”三个五年计划支持我国超级计算发展，先后支持自主百亿次、千万亿次、十亿亿次超级计算机系统研制和应用。同时，我国也于近期启动了“E”级超级计算机研制计划。
3 物理研究中重大挑战性问题需要超级计算来解决
物理学研究是科技发展的重要基础，经过从近代物理到现代物理数百年的发展，物理学从理论到应用已经形成的比较完善的体系，但是在物理学研究领域面临的挑战性问题丝毫没有减少，而且越来越多的问题已经无法用单纯的理论或实验的方法进行解决，超级计算的发展使得计算在这些重大挑战性问题的研究中发挥越来越重要的作用。
3.1 高能物理与核物理
在该领域对超级计算的需求来源于两个方面。
（1）海量实验数据的分析和处理：以欧洲核子研究组织CERN的大型强子对撞机LHC为例，加速器每秒钟在检测器中心产生4000万次粒子碰撞事件。计算机实时地从这4000万事件中挑选出100个“好”事件，也就是符合物理学家要求的事件，并以每秒100-1000MB的速度记录在光盘或磁带上。加速器将产生空前的数据：每秒产生100MB原始数据，每年将产生需记录的事件约为1亿个，每年的数据量就达到15PB（1015Byte）。存储这15PB数据量每年需要使用两千万张CD，分析则需要使用100万台当今最快的计算机处理器。因此，在未来的二十年中，主要的高能物理实验，特别是大型强子对撞机，产生的海量数据会使高能物理以及计算科学研究面临前所未有的挑战。
（2）物质起源、物质相互作用的大规模模拟：在高能物理与核物理层面开展物质起源、物质相互作用研究，需要基于量子色动力学、相对论、量子场论等复杂理论，构建复杂数学模型对夸克、胶子、质子、中子等粒子进行大规模数值模拟，从而得到有价值的模拟结果来指导实现或理论研究，但这些大规模计算工作，必须要依赖超级计算的支撑。
3.2 材料物理
材料的组成、结构、性能、服役性能是材料研究的四大要素，传统的材料研究以实验室研究为主。但是，随着对材料性能的要求不断的提高，材料学研究对象的空间尺度在不断变小，只对微米级的显微结构进行研究不能揭示材料性能的本质，纳米结构、原子像已成为材料研究的内容，对功能材料甚至要研究到电子层次。因此，仅仅依靠实验室的实验来进行材料研究已难以满足现代新材料研究和发展的要求。然而计算机模拟技术可以根据有关的基本理论，在计算机虚拟环境下从纳观、微观、介观、宏观尺度对材料进行多层次研究，也可以模拟超高温、超高压等极端环境下的材料服役性能，模拟材料在服役条件下的性能演变规律、失效机理，进而实现材料服役性能的改善和材料设计。因此，在现代材料学领域中，随着计算材料学的不断发展，“计算实验”作用会越来越大，已成为与实验室的实验具有同样重要地位的研究手段。
3.3 流体力学
计算流体力学从20世纪中叶快速发展起来，目前已成为国际上一个强有力的研究领域，是进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于航天设计、汽车设计、生物医学工业、化工处理工业、涡轮机设计等诸多工程领域。计算流体力学领域最复杂、最具挑战性的问题是湍流的直接模拟，其一直受到计算机速度与容量的限制。主要困难在于湍流脉动运动中包含着大大小小不同尺度的涡运动，其最大尺度L可与平均运动的特征长度相比，而最小尺度则取决于粘性耗散尺度，即为Kolmogorov定义的内尺度，其尺度的比例随着雷诺数的升高而迅速增大。目前已经证明，直接数值模拟的计算量与雷诺数的三次方成正比。鉴于这些原因，目前直接数值模拟的雷诺数与实际的复杂流动还差好几个量级。即使目前最快的超级计算机也只能开展有限条件下的湍流直接模拟。
3.4 大气物理
大气物理是研究大气的物理现象、物理过程及其演变规律的学科，重点应用在数值气象预报和气候变化研究领域。气象预报基于大气物理等研究成果，形成可进行气象预报的业务系统，基于超级计算系统进行短期内时效性数值预报，因此为了保证给出更长时间的可靠预报，并保障预报结果及时，要求超级计算平台提供高性能、稳定的计算资源。气候变化基于大气物理开发的模式，依托超级计算系统进行长期的气候变化预测研究，由于气候变化研究成效越来越依赖于模拟覆盖区域范围及网格精度，而且模拟时限要达到数百年甚至上千年，因此它对超级计算平台的计算性能、数据访存性能、任务可扩展性都提出了挑战。气候气象领域是超级计算应用的传统领域，也是促进超级计算发展的重要动力。
3.5 地球物理
地球物理学是地球科学的主要学科，用物理学的方法和原理研究地球的形成和动力，研究广泛系列的地质现象。地球物理传统上又分为小地球物理和大地球物理，小地球物理主要是指油气等能源勘探过程中的地球物理研究，大地球物理主要是指侧重地质构造、地震及涉及水圈和大气层的系统性、大尺度研究。油气能源勘探中的地震法勘探数据的三维成像处理具有计算密集、访存密集、处理数据规模大等特点，需要大规模超级计算平台为支撑，特别是逆时偏移处理RTM、全波形反演FWI等新兴技术的发展，更是为超级计算发展提出了挑战。大地球物理研究领域的计算处理，虽然精度要求没有小地球物理高，但是由于系统尺度更大、系统更复杂，计算能力需求甚至更大。
3.6 天体物理与天文学
在天文学研究领域，不论是大规模天文观测数据处理，还是天文数值模拟领域都产生了大规模计算需求。现在我们已经进入精确天文学研究时代，数值模拟正扮演越来越重要的角色，为了开展宇宙演化模拟，美国、欧洲等开展的并行模拟规模达到了上万处理核心，产生的模拟数据超过100TB量级，其自身模拟计算和后续数据处理都需要超级计算平成。而在天文观测领域，现在大的天文望远镜系统每天采集的数据已经超过TB量级，而未来的SKA等系统每天观测数据会达到PB（1PB=1，000TB=1，000，000GB）级，必须用超强性能的超级计算系统来完成数据处理。
归结起来，物理学研究对超级计算带来的需求和挑战主要体现在四个方面：超强的计算性能，高速的互联通信网络，良好的数据访存（I/O），海量存储能力。新兴的超级计算技术正在努力从不同方面解决上面所面临的重大挑战。
4 新兴超级计算技术将为物理学研究带来新的挑战与机遇
随着以“天河一号”、“星云”等为代表的国产千万亿次异构超级计算机的研制成功，中国也成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。“天河一号”率先采用CPU+GPU异构架构，成为世界上首台异构架构的千万亿次超级计算机。新型的异构体系架构使超级计算机在性能、体积和功耗等方面取得的巨大进步，使中国成为全球当代异构融合超级计算机技术的典型代表。由于传统CPU受制作工艺和功耗限制，芯片单位面积内集成的晶体管已接近上限，在计算性能和功耗等方面有更有优势的GPU、MIC等加速芯片越来越多地应用于高性能计算，2013年世界排名前十中，已有近一半采用异构架构，因此异构架构成为超级计算机发展的主流趋势。
我国超级计算机的计算能力取得了突飞猛进的发展，旺盛的计算需求和日益成熟的高性能计算机技术极大地促进了高性能计算在各个领域的应用。然而我国超级计算机实际可有效利用的处理器核数相对较少，高性能计算应用软件的研发水平和性能水平与硬件相比相对滞后，如何高效利用以“天河一号”、“天河二号”为代表的超级计算机，成为物理学研究等领域的挑战。因为，新型体系架构的高性能计算实现，需要适应其体系架构的高性能软件的支持，在物理学研究领域，大量软件是历史积累软件，这就需要在新型编程框架、功能完善的开发及支持环境方面不断完善。
同时，异构体系架构超级计算机的发展，也给物理学研究带来了新的机遇。计算物理学研究领域，受超级计算能力制约，大量问题被简化、被分割，无法系统、全面的研究，新型体系机构的超级计算机实现了整体性能的大幅提升、功耗降低、稳定性增强等优势，为物理学研究带来了更强大的工具。
随着超级计算技术的不断发展和完善，与计算在物理学研究中作用的不断增强，超级计算与物理学研究的结合，必将产生更多影响人类社会发展的重大成果。
参考文献：
[1]http：///
[2]Parallel Supercomputing： Past， Present and Future， The Wall Street Journal， Irving Wladawsky-Berger， August 2，2013.
[3]http：//.cn/server/jssc/htm2007/20070516_259532.shtml.
[4]http：//.cn/article/2007/0517/A20070517592681.shtml.
[5]我院超级计算需求及布局研究，中国科学院超级计算专家委员会，2007年7月20日.
[6]Leadership-Class System Acquisition - Creating a Petascale Computing Environment for Science and Engineering（美国科学基金会建造千万亿次计算环境计划），2007年3月.
超能计划范文第4篇
关键词：超声波检测；宫内节育器；三查；生殖健康普查
B型超声波检测是应用超声波对实体软组织器官进行实时动态扫描的影像学检测技术，其在妇产科学临床应用特点在于能较为清楚显示子宫、附件、盆腔等脏器组织以及子宫内容物。因此在计划生育领域中，应用B超来对育龄妇女进行“三查”(查环、查孕、查病)的范围越来越广泛[1]。本文通过对育龄妇女环情、孕情以及病情的普查，旨在探讨B超在计划生育“三查”中的应用价值。现将结果报告如下：
1. 临床资料与方法
1.1研究对象
选取2011年9月我单位556例接受B型超声波检查的育龄妇女作为研究对象进行回顾性研究，年龄21岁~49岁，平均年龄(35±14)岁。
1.2 判断标准
判断标准共有四种，分别是：①正常：IUD位于近子宫底部的宫腔内，其上缘距宫底表面浆膜层之间的距离17—20mm；②下移：IUD下缘到宫颈内口距离小于10mm或IUD上缘距宫底表面浆膜层距离大于20mm；③嵌顿：IUD脱离宫腔中心部位，偏离入肌层或接近于浆膜层，IUD上缘与宫底表面浆膜层之间的距离不足10mm或IUD的某一部分凸向子宫壁、IUD强回声平面与宫腔平面不平行、IUD至子宫前后壁浆膜层的距离不对称；④带器妊娠：宫内可见妊娠囊以及IUD的强回声[1]。
1.3检查仪器及方法
选用的仪器为便携式超声诊断仪CTS--3300，探头频率3.5MHz。受检者于检查前膀胱常规充盈，取仰卧位，由专职的医生进行B超操作，于耻骨联合上方，纵、横、斜切扫查，观察子宫．附件及宫内节育器(IUD)的声像图，对有症状的妇女着重检查。观察并记录子宫形态、大小、位置、是否妊娠、双侧附件有无包块及囊肿、是否有IUD及其部位、是否有带器妊娠等。
2. 结果
2.1避孕措施结构
所有受试者的避孕措施结构依次为，无避孕措施占17.6%(98/556)、使用避孕药具占21.9%(122/556)、放置IUD占56.3%(313/556)、已批准怀孕占3.8%(21/556)、其它占0.4%(2/556) (见表1)。
表1受试者的避孕措施结构(%)
2.2 B超检测
B超检测结果，发现IUD脱落占3.5%(11/313)、IUD嵌顿占1.3%(4/313)、IUD低置占2.6%(8/313)、IUD下移占3.8%(12/313)、因症需换IUD占4.8%(15/313)、计划外怀孕占0.2%(1/556)、子宫肌瘤占3.4%(19/556)、卵巢囊肿占3.1%(17/556)、盆腔积液占2.2%(12/556) (见表2)。
表2受试者的B超检测结果比较(%)
3. 讨论
育龄妇女的生殖健康普查工作已成为计划生育技术服务的一项重要内容，在对育龄妇女环情、孕情，病情的普查(简称为“三查”)中发现，妇科疾病发病率呈逐年上升趋势，并且出现年轻化的趋势[2]。但是因为一系列的因素，部分育龄妇女，尤其是基层妇女，没有接受普查，因而没有及时发现病情，导致发现病情时即已较为严重[3]。宫内节育器(IUD)是目前我国育龄妇女的主要避孕措施，据统计我国IUD的使用率占世界节育器避孕总人数的80%，然而目前IUD在宫腔内的有效存放率仍然不理想，因此及早发现问题，能有效地提高IUD的安全有效性[1]。
目前认为B型超声诊断具有无创伤、无痛、诊断正确、可重复性强、使用便捷、价格低廉等特点，因而为广大的临床医生及患者所认可。B型超声诊断应用于妇科疾病普查，能起到了对妇科常见疾病早发现、早诊断的重要作用，例如：生殖系统肿瘤、腹腔及盆腔肿物、计划生育术后并发症等[4]。因此目前已把B超作为育龄妇女“三查”中最准确、首选的检查手段。因此本研究以此为出发点，分析应用超声波检测在育龄妇女“三查”中的临床价值。
结果显示，应用B型超声诊断能较好的判断出受检者的IUD的放置位置，能了解是否需要更换IUD，同时B型超声诊断能较为准确的检出计划外怀孕、子宫肌瘤、卵巢囊肿以及盆腔积液。因此B型超声诊断在计划生育普查及妇女生殖健康普查中有很高的应用价值，能极大的提升广大育龄妇女生殖健康保健的意识。
参考文献
[1] 毓星，吴乃森．计划生育超声诊断学[M]．第2版．北京：科学技术文献出版社，2006：39-59．
[2] 钟惠琴，陆海娟，伍小辉，等．超声波检测在妇科计划生育手术中的应用价值[J]．浙江临床医学杂志，2009，11(3)：274-275．
超能计划范文第5篇
此前，美国空军要求空军科技咨询委员会研究高超声速飞行器的技术成熟状况，该委员会最近出版了其初步研究结果的摘要，摘要中列举了该委员会提出的初步建议。摘要文件中说，根据目前相关技术成熟情况的评估和五角大楼进一步开发相关技术的计划，部署高超声速武器所必须的许多分系统将在2020年年底之前发展成熟，可进行验证试验。摘要文件中还说，战术射程的空射高超声速打击武器在反介入/区域拒止环境中具有重大的作战效能，并且可以在2025年左右投入使用。
空军科技咨询委员会对于美国空军目前的高超声速技术开发计划满怀信心，力促空军继续投资于高超声速推进方面的地面试验机构和工作，使得各项关键分系统技术在2020年之前达到“技术备用级别6”的水平，也就是能够转入开发验证阶段的水平。
摘要文件建议美国空军对于高超声速助推滑翔概念中末端寻的器和寻的器综合，末端制导和机动性，以及飞行器壳体材料的开发排出优先顺序。委员会还敦促美国空军探索新型弹药概念，以带动高超声速武器的进一步发展。建议美国空军建立新的采办框架，以支持战术高超声速打击武器的生产，创建“能力合作团队”，探索如何使用高超声速武器。
制造高超声速打击武器的主要目的是在反介入的环境中打击敌方的纵深，因为极高的速度会提升弹头的穿透能力，不容易为常规的导弹防御系统所拦截。美国空军的科学技术部门从事高超声速打击武器的开发工作已有几十年之久，但是由于在高超声速的条件下存在诸多难题，致使实用的高超声速打击武器一直未能实现。近来进行的开发项目包括美国空军的X-51 “乘波者”飞行器计划以及美国和澳大利亚联合进行的国际飞行研究和实验计划，前一计划进行了4次飞行试验并且于2013结束，后一计划在2009～2012年间进行了一系列的试验。最近的高超声速开发工作是执行高速打击武器计划，目的在于完善多项核心的高超声速武器技术，其中包括冲压喷气发动机和超声速冲压喷气发动机推进，高温材料，制导，寻的器和热保护技术等。
美国空军负责科学、技术和工程的助理部长戴维・沃克5月份对参议院拨款防务小组委员会说，美国空军的优先任务首先是制造高超声速打击武器，然后是制造能够穿越反介入地区的高超声速ISR飞机，而获得第2种能力是一项长期任务。空军科技咨询委员会认为，根据当前的技术准备情况，美国空军最早也要到2035年之后才能够开发和部署高超声速ISR飞机。
