Введение

Исследовательский центр, управляемый НАСА

Исследовательский центр Эймса (ARC), также известный как NASA Ames, является крупным исследовательским центром НАСА, расположенным на федеральном аэродроме Moffett в Силиконовой долине Калифорнии. Он был основан в 1939 году как вторая лаборатория Национального консультативного комитета по аэронавтике (NACA). Это агентство было распущено, а его активы и персонал переданы вновь созданному Национальному управлению по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) 1 октября 1958 года. NASA Ames назван в честь Джозефа Свитмана Эймса, физика и одного из основателей NACA. По последним оценкам, NASA Ames располагает капитальным оборудованием более чем на 3 миллиарда долларов США, 2300 научных сотрудников и годовым бюджетом в размере 860 миллионов долларов США. Центр Эймса был основан для проведения исследований аэродинамики самолетов с винтовыми двигателями в аэродинамических трубах; однако его роль расширилась и теперь охватывает космические полеты и информационные технологии. Эймс играет важную роль во многих миссиях НАСА, обеспечивая лидерство в области астробиологии, малых спутников, роботизированного исследования Луны, поиска обитаемых планет, суперкомпьютерных технологий, интеллектуальных/адаптивных систем, передовых технологий тепловой защиты, планетарной науки и аэрономических исследований. Эймс также разрабатывает инструменты для повышения безопасности и эффективности национального воздушного пространства. Нынешний директор центра – Юджин Ту. Центр являлся центром управления несколькими ключевыми миссиями (Kepler, Стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии (SOFIA), Спектрограф изображений межрегионального пространства) и внес значительный вклад в "новый исследовательский фокус" как участник проекта пилотируемого космического корабля Orion.

Миссии

Хотя Эймс является исследовательским центром НАСА, а не центром управления полетами, он тем не менее принимал тесное участие в ряде астрономических и космических миссий. Восемь успешных космических миссий программы "Пионер" с 1965 по 1978 год управлялись Чарльзом Холлом в Эймсе, изначально ориентированных на внутреннюю Солнечную систему. К 1972 году центр поддержал смелые миссии к Юпитеру и Сатурну с помощью аппаратов "Пионер-10" и "Пионер-11". Эти две миссии стали пионерами (в исследовании радиационной обстановки, открытии новых лун, использовании гравитационных маневров) для разработчиков более сложных миссий "Вояджер-1" и "Вояджер-2", запущенных пять лет спустя. В 1978 году, после завершения программы, наступило возвращение к исследованию внутренней Солнечной системы с помощью орбитального аппарата "Пионер-Венера" и зонда "Мултипроб", на этот раз с использованием выхода на орбиту, а не пролетных траекторий. Lunar Prospector стал третьей миссией, выбранной НАСА для полной разработки и строительства в рамках программы Discovery. Стоимость миссии составила 62,8 миллиона долларов, она длилась 19 месяцев и включала вывод аппарата на низкую полярную орбиту Луны для картографирования состава поверхности и возможных полярных ледяных отложений, измерения магнитных и гравитационных полей, а также изучения выбросов газов из лунной коры. На основе данных нейтронного спектрометра (NS) ученые миссии установили, что в полярных кратерах Луны действительно существует водяной лед. Миссия завершилась 31 июля 1999 года, когда аппарат был направлен на столкновение с кратером вблизи южного полюса Луны в (безуспешной) попытке проанализировать лунный полярный водяной лед путем его испарения для последующего спектроскопического анализа с помощью наземных телескопов. 5-килограммовый "GeneSat-1", перевозивший бактерии внутри миниатюрной лаборатории, был запущен 16 декабря 2006 года. Этот небольшой спутник НАСА доказал, что ученые могут быстро разрабатывать и запускать новый класс недорогих космических аппаратов и проводить значимые научные исследования. Миссия Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) по поиску воды на Луне была выполнена в качестве "вторичной полезной нагрузки". LCROSS начал свой путь к Луне на той же ракете, что и Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), который продолжает выполнять другую лунную задачу. Запуск состоялся в апреле 2009 года на ракете Atlas V с космодрома Кеннеди во Флориде. Миссия "Кеплер" стала первой миссией НАСА, способной обнаруживать планеты размером с Землю и меньше. "Кеплер" отслеживал яркость звезд, чтобы найти планеты, проходящие перед ними во время своего обращения. Во время таких прохождений или "транзитов" планеты незначительно уменьшают яркость звезды. Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) – совместный проект американских и немецких аэрокосмических агентств, НАСА и Немецкого центра аэрокосмических исследований (DLR), направленный на создание инфракрасной телескопической платформы, способной подниматься на высоту, достаточную для работы в инфракрасном прозрачном режиме над водяным паром в атмосфере Земли. Самолет был предоставлен США, а инфракрасный телескоп – Германией. Модификации фюзеляжа Boeing 747SP для размещения телескопа, уникального оборудования и большой внешней двери были выполнены компанией L 3 Communications Integrated Systems из Уэко, штат Техас. Миссия Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) является партнерством с лабораторией Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory для изучения процессов на границе между хромосферой и короной Солнца. Эта миссия финансируется программой NASA Small Explorer. Миссия Lunar Atmosphere Dust Environment Explorer (LADEE) была разработана NASA Ames. Она успешно стартовала к Луне 6 сентября 2013 года. Кроме того, Эймс играл вспомогательную роль в ряде миссий, в частности, в миссиях Mars Pathfinder и Mars Exploration Rover, где лаборатория интеллектуальной робототехники Эймса сыграла ключевую роль. NASA Ames был партнером в миссии Mars Phoenix, миссии программы Mars Scout, направленной на отправку посадочного аппарата на высокую широту Марса, развернувшего роботизированную руку для выкапывания траншей глубиной до 1,6 фута (около полуметра) в слоях водяного льда и анализа состава почвы. Эймс также является партнером в проекте Mars Science Laboratory и его марсохода Curiosity – марсохода нового поколения для поиска признаков органических веществ и сложных молекул.

Исследования автоматизации управления воздушным движением

Отдел авиационных систем проводит исследования и разработки в двух основных областях: управление воздушным движением и высокоточное моделирование полётов. В области управления воздушным движением исследователи разрабатывают и испытывают концепции, позволяющие увеличить пропускную способность национального воздушного пространства до трёх раз по сравнению с текущим уровнем. Автоматизация и сопутствующие ей вопросы безопасности являются ключевыми принципами разработки этих концепций. Ранее отдел разработал продукты, внедрённые для использования в гражданской авиации, такие как система поддержки управления воздушным движением (Traffic Management Adviser), которая внедряется по всей стране. Для высокоточного моделирования полётов отдел располагает крупнейшим в мире симулятором полётов (симулятор вертикального движения), симулятором 747-400 уровня D и панорамным симулятором диспетчерской вышки. Эти симуляторы использовались для различных целей, включая непрерывную подготовку пилотов космических шаттлов, разработку характеристик управления будущими космическими аппаратами, испытания систем управления вертолётами, оценку истребителей пятого поколения и расследование авиационных происшествий. Сотрудники отдела обладают разнообразным техническим опытом в области систем наведения и управления, механики полёта, моделирования полётов и компьютерных наук. Среди клиентов отдела за пределами NASA – FAA, DOD, DHS, DOT, NTSB, Lockheed Martin и Boeing. Лаборатория моделирования полётов и наведения центра была внесена в Национальный реестр исторических мест в 2017 году.

Информационные технологии

В Эймсе расположены крупные подразделения NASA по исследованиям и разработкам в области передовых суперкомпьютеров, человеческого фактора и искусственного интеллекта (интеллектуальных систем). Эти организации по исследованиям и разработкам поддерживают исследовательские программы NASA, а также текущую деятельность Международной космической станции и работы в области космической науки и аэронавтики по всему NASA. Центр также управляет и обслуживает корневой сервер имен E Root DNS. Подразделение интеллектуальных систем (Code TI) является ведущим R&D-подразделением NASA, разрабатывающим передовое интеллектуальное программное обеспечение и системы для всех дирекций миссий NASA. Оно предоставляет экспертные знания в области программного обеспечения для приложений в изучении Земли, аэронавтики, космических научных миссий, Международной космической станции и пилотируемого исследовательского аппарата (CEV). Первый ИИ в космосе (Deep Space 1) был разработан в Code TI, как и программное обеспечение MAPGEN, которое ежедневно планирует действия марсоходов, тот же основной механизм рассуждений используется в Ensemble для управления посадочным аппаратом Phoenix и системой планирования солнечных батарей Международной космической станции. Интегрированное управление состоянием системы для гироскопов с контрольным моментом Международной космической станции, совместные системы с инструментами семантического поиска и надежная разработка программного обеспечения дополняют спектр работ Code TI. Подразделение интеграции человеческих систем "способствует развитию человеко-ориентированного проектирования и эксплуатации сложных аэрокосмических систем посредством анализа, экспериментов и моделирования человеческой деятельности и взаимодействия человека с автоматизацией для существенного повышения безопасности, эффективности и успеха миссии". На протяжении десятилетий Подразделение интеграции человеческих систем находится на передовом крае исследований в области аэрокосмической отрасли, ориентированных на человека. В подразделении работает более 100 исследователей, подрядчиков и административного персонала. В NASA в Эймсе функционирует несколько самых мощных суперкомпьютеров агентства, включая системы Pleiades, Aitken и Electra, производительностью в масштабе петафлопов. Изначально называвшееся подразделением численного моделирования аэродинамики, это учреждение размещало более 40 производственных и тестовых суперкомпьютеров с момента его строительства в 1987 году и является лидером в области высокопроизводительных вычислений, разрабатывая технологии, используемые в отрасли, включая NAS Parallel Benchmarks и программное обеспечение для планирования заданий Portable Batch System (PBS). В сентябре 2009 года Эймс запустил NEBULA как быструю и мощную платформу облачных вычислений для обработки огромных наборов данных NASA, соответствующих требованиям безопасности. Этот инновационный пилотный проект использует компоненты с открытым исходным кодом, соответствует требованиям FISMA и может масштабироваться до государственных потребностей, оставаясь при этом чрезвычайно энергоэффективным. В июле 2010 года технический директор NASA Крис Кэмп открыл Nova, технологию, лежащую в основе проекта NEBULA, в сотрудничестве с Rackspace, запустив OpenStack. OpenStack впоследствии стал одним из крупнейших и наиболее быстрорастущих проектов с открытым исходным кодом в истории вычислительной техники, и с 2014 года был включен в большинство основных дистрибутивов Linux, включая Red Hat, Oracle, HP, SUSE и Canonical.

Обработка изображений

NASA Ames была одним из первых центров, где проводились исследования по обработке изображений, полученных с помощью аэрофотосъемки со спутников. Некоторые из новаторских методов повышения контрастности с использованием преобразования Фурье были разработаны в Ames в сотрудничестве с исследователями компании ESL Inc.

Ветряные туннели

Ветровые туннели Исследовательского центра NASA Ames известны не только своими огромными размерами, но и разнообразием характеристик, позволяющих проводить широкий спектр научных и инженерных исследований.

Ветротунель единого плана ARC

Ветровой туннель по унитарному плану (UPWT) был завершен в 1956 году, обойдясь в 27 миллионов долларов, в соответствии с Законом о унитарном плане 1949 года. С момента завершения строительства, UPWT является самым используемым ветровым туннелем NASA в составе парка ветровых туннелей NASA. На этом объекте были испытаны все основные коммерческие самолеты и почти все военные реактивные самолеты, построенные в Соединенных Штатах за последние 40 лет. В этом тоннельном комплексе также испытывались космические корабли "Меркурий", "Джемини" и "Аполлон", а также космические шаттлы.

Национальный полномасштабный аэродинамический комплекс (NFAC)

В исследовательском центре Эймса также находится крупнейшая в мире аэродинамическая труба, являющаяся частью Национального полномасштабного аэродинамического комплекса (NFAC): она достаточно велика для испытаний самолетов в натуральную величину, а не их масштабных моделей. Комплекс аэродинамических труб был включен в Национальный реестр в 2017 году. Исходная конструкция аэродинамической трубы размером 40 на 80 футов была построена в 1940-х годах и теперь способна обеспечивать тестовые скорости до [значение отсутствует в оригинале]. Она используется для поддержки активной исследовательской программы в области аэродинамики, динамики, шума моделей, а также полномасштабных самолетов и их компонентов. Аэродинамические характеристики новых конфигураций исследуются с особым упором на оценку точности вычислительных методов. Труба также используется для исследования границ аэромеханической устойчивости передовых винтокрылых аппаратов и взаимодействия фюзеляжа с несущим винтом. Определяются также производные характеристики устойчивости и управляемости, включая статические и динамические характеристики новых конфигураций воздушных судов. Определяются и акустические характеристики большинства полномасштабных аппаратов, а также проводятся акустические исследования, направленные на выявление и снижение аэродинамических источников шума. Помимо стандартных методов сбора данных (например, балансировочная система, преобразователи давления и термопары), доступны современные бесконтактные приборы (например, лазерные доплеровские анемометры и методы визуализации тени), позволяющие определять направление и скорость потока вблизи и вокруг несущих поверхностей самолетов. Аэродинамическая труба размером 40 на 80 футов в основном используется для определения аэродинамических характеристик на низких и средних скоростях для высокопроизводительных самолетов, винтокрылых аппаратов, а также самолетов с неподвижным крылом, оснащенных двигателями с вертикальным взлетом и посадкой (V/STOL). Аэродинамическая труба размером 80 на 120 футов является крупнейшим в мире испытательным участком аэродинамической трубы. В 1980-х годах к ней был добавлен участок открытого типа и установлена новая система привода вентилятора. В настоящее время она способна развивать скорости до [значение отсутствует в оригинале].

Центр посетителей NASA Ames

Выставка NASA Experience в Центре космических и научных исследований Chabot является центром для посетителей Исследовательского центра NASA в Эймсе. NASA Experience предоставляет динамичное и интерактивное пространство, где публика может узнать о вкладе региона в освоение космоса за прошедшие годы. Здесь представлены модели космических аппаратов и настоящие скафандры, начиная с миссий "Меркурий" и "Джемини", а также артефакты, связанные с предстоящими миссиями NASA "Артемида". Центр посетителей NASA Ames открывает доступ к более чем 80-летней истории центра и позволяет заглянуть в текущие и будущие проекты. В центре внимания – опыт Ames в области аэродинамических испытаний, проектирования и испытаний марсоходов, космической робототехники, суперкомпьютерных технологий и многого другого. Выставка была открыта 12 ноября 2021 года.

Исследовательский центр NASA Ames

Исследовательский центр NASA Ames — это научно-образовательный музей NASA. В нём представлены экспонаты и интерактивные стенды, посвященные технологиям NASA, космическим миссиям и исследованию космоса. Здесь можно увидеть лунный камень, метеорит и другие геологические образцы. В кинотеатре демонстрируются фильмы с кадрами, снятыми NASA во время исследований Марса и других планет, а также рассказывается о вкладе ученых центра Эймс. В настоящее время учреждение закрыто для посещения.

Проект Альянса робототехники

В 1999 году Марк Леон разработал образовательный проект NASA в области робототехники, ныне известный как Robotics Alliance Project, под руководством своего наставника Дэйва Лавери. Проект охватил более 100 000 учащихся по всей стране, используя соревнования по робототехнике FIRST и BOTBALL. Первоначально, FIRST-направление проекта состояло из команды FRC 254: "The Cheesy Poofs" – команды, состоящей только из юношей, из старшей школы Белламина в Сан-Хосе, Калифорния. В 2006 году в сотрудничестве с девочками-скаутами была основана команда 1868: "The Space Cookies" – команда, состоящая только из девушек. В 2012 году к проекту присоединилась команда 971: "Spartan Robotics" из старшей школы Маунтин-Вью, хотя команда продолжает функционировать при своей школе. Все три команды имеют множество наград. Все три команды побеждали в региональных соревнованиях, две выиграли чемпионат FIRST, две получили награду регионального председателя, а одна команда включена в Зал славы. Эти три команды коллективно называют "командами-основателями" ("House teams"). Миссия проекта заключается в "создании кадрового, технического и программного ресурса в области робототехники для обеспечения реализации будущих роботизированных миссий по исследованию космоса".

Государственно-частные партнерства

Федеральное правительство перераспределило часть мощностей и человеческих ресурсов для поддержки частного сектора промышленности, научных исследований и образования. HP стала первым корпоративным партнером нового Института исследований и разработок в области биоинформатики, нанотехнологий (BIN RDI); совместного предприятия, созданного Калифорнийским университетом Санта-Крус и NASA, расположенного в Эймсе. Институт исследований и разработок Bio|Info|Nano R&D Institute занимается созданием научных прорывов посредством конвергенции биотехнологий, информационных технологий и нанотехнологий. Университет Сингулярности проводит там свою программу лидерства и обучения. Штаб-квартира Альянса по сохранению органов также находится там; Альянс – это некоммерческая организация, работающая в партнерстве с Новой премией за органы Фонда Метюселаха "для ускорения прорывов в решении оставшихся проблем, связанных с долгосрочным хранением органов", с целью преодоления острой нехватки донорских органов для трансплантации. Там же расположена штаб-квартира Kleenspeed Technologies.

Гугл

28 сентября 2005 года Google и Исследовательский центр Эймса опубликовали детали долгосрочного исследовательского партнерства. Помимо объединения инженерных ресурсов, Google планировала построить комплекс на территории кампуса ARC. Одним из проектов, реализуемых совместно Эймсом, Google и Университетом Карнеги-Меллона, является проект Gigapan – роботизированная платформа для создания, обмена и аннотирования наземных гигапиксельных изображений. Проект Planetary Content направлен на интеграцию и улучшение данных, используемых Google в проектах Google Moon и Google Mars. 4 июня 2008 года Google объявила об аренде у NASA площадки в Moffett Field для использования в качестве офисных помещений и жилья для сотрудников. Строительство нового комплекса Google, расположенного рядом со штаб-квартирой Googleplex, началось в 2013 году, а планируемая дата открытия – 2015 год. Комплекс получил название "Bay View", поскольку с него открывается вид на залив Сан-Франциско. В мае 2013 года Google объявила о запуске Лаборатории квантового искусственного интеллекта, размещенной в ARC. В лаборатории будет установлен 512-кубитный квантовый компьютер от D Wave Systems, а Ассоциация космических исследований университетов (USRA) пригласит исследователей со всего мира для совместного использования его ресурсов. Цель проекта – изучение возможностей применения квантовых вычислений для развития машинного обучения. 10 ноября 2014 года было объявлено, что Planetary Ventures LLC (дочерняя компания Google) арендует у NASA Ames федеральный аэродром Moffett, занимающий площадь около 1000 акров, содержание которого ранее обходилось агентству в 6,3 миллиона долларов в год. Условия аренды включают восстановление исторического памятника – ангара №1, а также ангаров №2 и №3. Договор аренды вступил в силу в марте 2015 года и заключен сроком на 60 лет.

Жить и работать в Эймсе

Для въезда в Эймс требуется официальное удостоверение личности NASA. Как для штатных сотрудников, так и для стажеров, на территории исследовательского центра и вокруг базы предлагается широкий спектр возможностей и мероприятий. Часть полосы препятствий для фитнеса (также известной как трасса Parcourse) все еще находится на территории базы, однако некоторые ее участки стали недоступны из-за изменений в планировке базы после ее установки.