Επιτάχυνση της ολοκλήρωσης της τροχιάς του διπλού αστεροειδούς (65803) Didymos με χρήση παράλληλων αλγορίθμων
Creators: name: Χατζηαντωνίου, Τριαντάφυλλος Εμμανουήλ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Αστεροειδής
Δίδυμος 65803
Παράλληλος αλγόριθμος
Asteroid
Didymos 65803
Parallel Algorithm

description: Στο πλαίσιο της παρούσης διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε ο αλγόριθμος ολοκλήρωσης για σύστημα ζεύγους σωμάτων ακανόνιστου σχήματος. Ως τέτοιο σύστημα χρησιμοποιήθηκε ο διπλός αστεροειδής (65803) Didymos, για τον οποίο διαθέτουμε στοιχεία για τα φυσικά χαρακτηριστικά του από επίγειες και διαστημικές παρατηρήσεις. Η δυναμική του συγκεκριμένου συστήματος παρουσιάζει ιδιαίτερο επιστημονικό ενδιαφέρον λόγο του πειράματος Asteroid Impact &amp; Deflection Assessment (AIDA) που σχεδιάζεται για το Σεπτέμβριο του 2022, κατά το οποίο το μικρότερο από τα δύο σώματα θα βληθεί με διαστημόπλοιο, ενώ ταυτόχρονα θα παρακολουθείται στενά η συμπεριφορά του. Ο αλγόριθμος βασίζεται στον κερματισμό του κάθε σώματος σε στοιχειώδεις μάζες, στερεά συνδεδεμένες μεταξύ τους, που αλληλεπιδρούν βαρυτικά με τις στοιχειώδεις μάζες του άλλου σώματος. Η ολοκλήρωση γίνεται με συμπλεκτικό ολοκληρωτή 2ης τάξης. Ο αλγόριθμος μετατράπηκε σε παράλληλο για την εκτέλεση σε πολυεπεξεργαστικό υπολογιστικό σύστημα με χρήση του προγραμματιστικού εργαλείου OpenMP, καθώς επίσης και για την εκτέλεση σε μονάδα γραφικού επεξεργαστή (GPU) με τη βοήθεια του προγραμματιστικού εργαλείου OpenACC. Οι χρόνοι εκτέλεσης της σειριακής έκδοσης συγκρίθηκαν με αυτά των παραλλήλων εκδόσεων. Τέλος η έκδοση OpenACC, που αποδείχτηκε ταχύτερη στο υπολογιστικό σύστημα που διαθέταμε, εκτελέστηκε για πραγματικό χρόνο μεγαλύτερο του ενός γήινου έτους και για το διάστημα αυτό υπολογίστηκαν τα στοιχεία της τροχιάς του διπλού συστήματος. Ο αλγόριθμος είναι έτοιμος να μας δώσει προβλέψεις για την εκτροπή του μικρού σώματος στην περίπτωση που του προσδώσουμε επιπλέον ορμή και στροφορμή, μέσω κρούσης με το διαστημόπλοιο του πειράματος AIDA
description: The aim of this thesis has been to investigate the integration algorithm for an irregular body shape binary system. As case study the double asteroid (65803) Didymos is used, for which data on physical characteristics are available from Earth and space observations. The dynamics of this double system is of particular scientific interest due to the “Asteroid Impact &amp; Deflection Assessment (AIDA)” experiment designed for September 2022. During the experiment, the smaller body will be collided with a spacecraft while monitoring its behavior. The simulation algorithm is based on the fragmentation of each body in elementary masses solidly interconnected, interacting gravitationally with the elemental masses of the other body. A 2nd order Symplectic integration algorithm is used for the integration. The algorithm was transformed into parallel to run on a multiprocessing computing system using the OpenMP programming tool and on a GPU, using the OpenACC programming tool. Serial version execution times were compared to those in parallel versions. The OpenACC version is proved to be the fastest in our computing system and was executed for simulation time up to an earth year. For that time the binary system orbital elements were calculated. The algorithm developed in this study is of considerable scientific and practical value, as it will provide valid predictions about the deflection of the small body, given more momentum and spin due to the impact with the spacecraft, and improve our ability to understand better the physical characteristics and dynamics of the system