超级计算机助力军事：研高科技武器 模拟核爆炸

　　当地时间7月29日，美国总统奥巴马以行政命令授权建立“国家战略计算项目”，目的是创建美国高性能计算的研发地位，研制世界上第一台百亿次计算系统。此前发布的全球500强排行榜中，泰坦系统排名第二，但其运算速度几乎比名列第一的中国天河二号慢了一半。那么，美国为什么如此重视超级计算机的发展？超级计算机除了民用外，还有怎样的军事用途？请看科技日报特约专稿

　　超级计算机也称巨型计算机或高性能计算机，是指具有超强存储、计算和处理能力的超大型计算机系统。如此之大的存储容量和如此之快的运算速度，决定了超级计算机可在很短的时间内，提供最大容量和最强能力的计算，所以它无可争议地成为国家科研的重要基础工具，同时也是工程设计和工农业生产的重要基础设施，对国民经济、社会发展、有着举足轻重的意义。

　　然而，超级计算机更重要的应用，还是在离普通距离较远的国防和军事领域。因为从发展历史看，计算机至始至终都与国防和军事应用密不可分

　　第二次世界大战期间，美军为计算新型火炮的弹道，迫切需要具有强大自动运算能力的计算机，由此于1946年催生出了世界上第一台电子计算机ENIAC，这也算是那个时代的超级计算机。这台计算机不仅被运往美军阿伯丁试验，顺利完成了弹道计算任务，还解决了当时和风洞设计的许多计算问题。此后，在1976年问世的世界上第一台真正意义上的超级计算机Cray，也主要是为国防和军事领域的复杂计算和设计所用。这些年来，美国在全球超级计算机500强排行榜名列前茅的著名超级计算机，比如泰坦、红杉、米拉、蓝色基因等，都有着很深的国防和军事应用背景，而且不断地被做强做大，其中国防和军事需求的牵引作用功不可没。

　　由此，可以毫不夸张地说，世界上性能最强的超级计算机，很多都源自军事需求，并总是在国防和军事领域发挥了关键作用，这至少能从以下几个方面的应用充分加以说明。

　　现代武器装备，特别是科技含量高的武器装备，设计制造过程基本都离不开超级计算机。首先，坦克和装甲战车等。为让它们适应的战场，在复杂的野战条件下安全行驶，必须进行颠簸、碰撞和抗打击等性能的研究，但用传统方法需要进行上百次实车试验，花费几十个月时间，而通过超级计算机模拟的方式，几次试验采集到足够数据后，两个月就能完成设计。其次，战机和舰艇。设计制造时的困难之一，就是进行复杂空气力学和流体力学的试验和分析，这都需要搜集众多数据和精细建模，并进行大量的数算、模拟仿真和优化处理，而这正是超级计算机之所长，它能在最短时间内、高效率地设计出最佳性能的战机和舰艇。第三，弹道导弹。需按预定弹道飞行去目标，而且为提高突防能力，往往还携带若干诱饵或假弹头，或者是多枚分导式多弹头，它们被后如何飞行、分开多远、什么时候变轨、再入后怎样机动飞向目标，都离不开超级计算机对弹道的精确计算和模拟。鉴于超级计算机对武器装备研发的重要性，早在2007年，美国就通过为期8年的“高性能计算现代化计划”，投资20亿美元研制超级计算机，用于武器装备的流体力学、空气力学以及空间和海洋特性的建模和仿真。

　　信息化条件下，情报获取和分析，对超级计算机的需求更大。首先，和平时期尤其是战时，破译通信密码是获取情报的一种重要手段，但各种高科技的应用已让通信加密技术日益先进，密钥更换速度不断加快，再用人工破解密码基本已无可能，而普通计算机运算速度不够，短期内破解密码的成功率也越来越小，只有借助超级计算机才有可能在最短的时间内找到密钥和破译密码，获取所需情报并进行有效分析，所以超级计算机如今已成为破解密码的不二工具，并极大地带动了密码破译技术的发展。其次，侦察信息来源的渠道和方式如今有很多，包括从地面设施、飞机、舰艇、卫星等各种侦察方式以及通信网络、互联网获取的信息，它们种类繁杂有语音、图像、数据和文字等不同形式，数量巨大是实实在在的“大数据”。要在如此海量的侦察信息中，及时获取有价值的情报并进行有效融合，凭人工方法简直无法想象。按照美军的估计，现在一天光是来自其各种侦察卫星上的数据，上百位专业情报人员用普通的计算机分析处理，连续奋战一年也难以完成，时效性更是无从谈起，因此必须依赖超级计算机，依照专门的数据处理流程建模分析，才能及时获取有价值的重要情报。多次报道过，美国登上500强排行榜上的超级计算机，有很多就是直接为其局下属的侦察情报部门所掌管或使用，这无疑体现出了超级计算机的重要性。

　　为了不打无准备之仗，更好地掌控战争的局势，增大胜算的可能性或达到所期望的战争目的，在科技高度发达的今天，往往需要主动和有意识地全面分析、规划和构建未来战争，这就是战争设计。而战争模拟，也可称兵棋推演，就是模仿战争和预演战争的全过程，对未来战争或其某一部分进行逻辑上的推演分析和评估，以此来进行战争准备、验证作战方案并规划和指导战争。在信息时代，无论是战争设计还是模拟，既要遵照战争规律和经验，依据综合国力和军事实力，也要考虑“天时、地利、人和”等各种因素，以统计学、运筹学、概率论、博弈论等科学方法和虚拟现实、计算机辅助设计、系统工程等技术为基础，用计算机处理和分析各种参数，将兵员以及坦克、战机和军舰等作战平台及各种武器装备要素，量化在计算机中，再加入预设的成百上千种作战方案，构建出用于设计和模拟战争的模型，形成实用的软件，由此便可编程进行作战推演，预测战争的进程和结局，并分析出武器、战法、兵力、时机、后勤等方面存在问题，综合出最优的作战方案。

　　显然，在战争设计和模拟中超级计算机可担当大任，因为它的存储和运算能力越强，可以考虑的各种因素就越多，预设的作战方案就越丰富，建立的模型就越精确，那么得出结果就越快且越线年，美国和北约发动科索沃战争之前，就利用超级计算机对多种作战方案进行过模拟和论证，并对战争进程中的各种突发事件进行了推演，归纳出了相应的预案，这些预案后来也起到了很大作用。

　　核爆炸试验对检验、保持和提高核武器的性能、升级核武器和发展新型核武器都非常重要，但它对的作用和对人类的影响巨大，遭致全球反对，因此世界上早已通过有关核禁试条约，对其明令了。所以，核爆炸试验的替代方式目前就只能是亚临界核试验，它主要采用模拟的方式，重点研究核武器的裂变材料在高能或其他方式冲击（或爆轰）下的物理和化学行为，其使用的核材料始终达不到临界反应，所以不会发生真正的核爆炸，出的核辐射很小，国际的压力要小得多。但亚临界核试验需要把它得出的重要数据，与以前多次核爆炸试验中搜集到的数据综合在一起，建模并在计算机上进行全面的模拟分析，这样得出来的结果才能与核爆炸试验的效果基本相同。然而，由于各种数据太多已超出想象，用普通计算机难以处理和建模，必须用具备超快运算能力的超级计算机才能完成。正因为如此，作为核大国的美国，其能源部专门用于模拟核试验和核武器研究的超级计算机就多达5部，包括屡次占据全球超级计算机500强排行榜榜首或前几名的美洲豹和走鹊超级计算机，并且美国能源部也始终主导着其超级计算机的研发，充分证明了超级计算机在核爆炸试验模拟中的支撑作用。

　　地面站是卫星与定位系统的三大部分之一，通常由分布在不同地域的若干个主控站、注入站和监测站组成。为保障卫星与定位的精度和速度，这些地面站要实时采集很多气象和数据，处理接受和转发的大量无线电数据，测量、计算和修正各种卫星轨道参数，推算时钟差并形成电文。对于像我国所独有的、具备有源和无源双模工作方式的北斗卫星系统，位于地面中心站的信息处理系统，还要负责处理每秒数千次的用户定位申请，并通过快速计算，在几毫秒内将用户的信息反馈给用户。如此多的数据处理和计算任务，还要在尽可能短的时间内完成，非性能优异的超级计算机无法担当。所以多年来，无论是美国的GPS、俄罗斯的GLONASS还是中国的北斗，其地面站中无一例外都配置有性能优异的超级计算机，而且发挥了不能替代的作用。

　　超级计算机源自军事，也要服务于军事，所以在国防和军事领域方面的应用绝不仅仅局限于上述几个方面。事实上，它在指挥控制、防空反导、气象保障、军事通信加密、军用新材料开发等很多方面也显示出了超乎寻常的优势。美国还将其用于非传统武器的研发，比如像气象、地震、海啸等武器以及基因、战剂、反物质武器的研究。所以从某种意义上说，超级计算机在军事上就如同火力一样重要，展现出了很多的应用需求和很好的应用前景。

　　美国计划造超级计算机之王 速度超天河二号30倍2015.08.01

　　曙光公司：已开始研发“十亿亿次”超级计算机2015.07.13