Siemens 協助新創公司 Space Perspective 運用 AWS 技術，加速太空旅遊開發進程

新創公司 Space Perspective 與 AWS 合作夥伴 Siemens 正在革新模擬流程，打造一款創新奢華的太空旅遊艙。Space Perspective 在 Amazon Web Services (AWS) 上使用 Siemens 解決方案，將分析結構、熱力等影響艙體設計因素的時間，從一週縮短至僅 8 至 12 小時。Space Perspective 需要一套可應對其計算流體力學 (CFD) 建模龐大處理需求的完整工具組。透過在 AWS 上搭配使用 Siemens STAR-CCM+ 多物理場模擬軟體與 AWS 服務，Space Perspective 可同時執行多項模擬作業，節省大量時間與成本。

Space Perspective 致力於運用其太空旅遊運輸工具，將平民探險家送往太空。該公司希望讓乘客親眼從太空眺望我們的蔚藍星球，帶來難得的生命經驗，並啟發人們重新思考人類在宇宙中的位置。在一艘奢華且極為舒適的加壓艙內，艙體由大型太空氣球懸吊，八名乘客和一名飛行員將以每小時 12 英里的速度緩緩升空，穿越大氣層。乘客將在 100,000 英尺高空盤旋兩小時，俯瞰地球的弧線，直到開始平穩漸進地下降。艙體最終降落在海洋中，由一艘回收船接應乘客，為這段旅程劃上句號。 

與傳統太空船不同的是，艙體與運輸工具不會分離。整個飛行過程中，船艙與氣球將保持完整狀態。這樣的動態結構為 Space Perspective 帶來三重挑戰：艙體在上升至太空的過程中、在達到最高的太空巡航高度後，以及返回地球並在海面進行水上軟著陸時，將如何運作？ 該專案需要強大的分析能力，以了解在長達六小時的來回旅程中，艙體在空氣、太空和水域間移動時所承受的複雜負載與 CFD，並同時為乘客維持安全舒適的環境。Space Perspective 共同執行長暨科技長 Taber MacCallum 說道：「我們必須了解運輸工具在各種不同環境下的表現，以便設計出可安全又有效運作的系統。這正是我們分析負載如此龐大的原因」。 

Space Perspective 很快就意識到，在內部部署執行這些龐大分析負載，在成本與時間上都不太可行。為了加快上市速度並擴展模擬能力，Space Perspective 與 AWS 合作夥伴 Siemens Digital Industries Software 携手合作，該公司可協助企業實現數位轉型。Space Perspective 面臨的任務需要盡可能地運用多一點虛擬工具，而非依賴昂貴的實體原型。2021 年 8 月，Space Perspective 採用西門子新創公司專用軟體解決方案，不久後便開始在 AWS 上進行模擬。該公司使用 Siemens Xcelerator 產品組合，這是一套全面整合的軟體、服務和應用程式開發解決方案組合，可協助使用者自行打造應用程式。MacCallum 說道：「當時我們必須做出策略性決策：是否要使用 CFD 來解決這些問題」。「如果沒有 Siemens 和 AWS，我們根本就不會走上這條路。」

艙體、繫索、氣球和自然因素 (如風與海浪) 之間的互動，造就了極為複雜的 CFD 模型，這些模型可同時使用數百個處理核心運行。藉助 AWS 解決方案，Siemens 協助 Space Perspective 建立強大的平行處理工具，該工具可快速迭代分析，讓分析結果可以及時用於運輸工具結構設計作業。在 Xcelerator 產品組合中，Space Perspective 使用的是 Siemens 開發的多物理場模擬軟體 Simcenter STAR-CCM+。藉由 STAR-CCM+，工程師就能模擬產品在真實世界條件下的運作情形，協助團隊更快速地做出更好的設計決策，進而加速產品上市時程。多物理場 CFD 建模需要高度精密的運算處理才能有效執行，因此 STAR-CCM+ 在高效能運算叢集上運行，該叢集由多台名為「節點」的伺服器組成並以高頻寬網路互相連線。

AWS 近期推出了全新高效能運算服務，進一步提升 CFD 工作負載在 AWS 上的效能和可擴展性。STAR-CCM+ 在 Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) 上以 100 Gbps 的速度執行，提供安全且可調整大小的運算容量，可支援幾乎所有工作負載。具體來說，該應用程式使用 Amazon EC2 C5 執行個體，以實惠的單位運算比例成本，提供具經濟效益的高效能運算能力，以執行需大量運算的進階工作負載。過去，Space Perspective 使用 8 核心本機電腦執行一個擁有 100 萬個儲存格的模擬，需要大約一週時間才能完成此工作。 

使用 AWS 的高效能運算服務後，Space Perspective 可平均調用 72 個處理核心，完成相同模擬平均僅需 10 小時。如果 Space Perspective 必須針對其進行的多項模擬 (每項模擬都有不同的幾何結構、速度和外型) 製作原型，將會產生數百萬美元的成本。因此，該公司選擇在 AWS 上同時執行多項模擬，藉此大幅節省成本。這些模擬可協助 Space Perspective 根據分析結果中最理想的情境打造原型。MacCallum 說道：「除非我們能夠提升分析所需的運算能力，否則無法如期推動進度。因此我們與 AWS 聯絡，尋求實現目前分析工作的平行運算方法。這項專案還在進行中。我們仍在持續執行大量分析工作。」

Space Perspective 正持續進行分析流程，致力於為客戶打造最安全、最奢華的乘坐體驗。從陸地出發、穿越大氣層、抵達太空邊緣，再返回地球並在水面著陸，整段過程將對艙體產生極大的應力負荷。透過數位化手段，Space Perspective 能夠以極高精度模擬不同環境下的運作狀況，進而降低開發時間和主要成本。MacCallum 說道：「這種工程設計策略與流程，讓我們得以打造從未存在過的運輸工具，並造就前所未有的飛行方式。Siemens 與 AWS 正在協助我們實現太空旅遊的願景。」