模拟先行还是急着计算?
文章作者:Bill Schweber
在你屈服于剧烈的数字运算的诱惑之前，先了解一下你的模型及其假设所处的真实模拟环境。
我最近在一次家庭活动中与一位刚毕业的EE聊天，他漫不经心地说的话让我有些惊讶（尽管也许我不该这么说）。他声称，由于现在有如此多的计算“马力”可以用如此之少的时间完成，几乎任何技术分析问题都可以通过“立即”进行数字运算来解决。
对我来说，这似乎有些天真和简单，但也许他有道理。他甚至用一个非电子的例子向我展示了他的“专长”他指出，对于机械形状及其强度的分析，你可以简单地使用有限元分析（FEA）将结构分成数千个甚至数百万个小单元的软件包。然后根据材料的特性，对生成的网格进行无数计算，以确定每个单元上的应力和相关应变。
我并不想就此展开激烈的辩论，但我一直是托尼·艾比每月的教程专栏“艾比分析”的忠实读者数字工程嘿，(看起来我也是多学科专家)。Abbey经常显示某些接头、连接和其他结构的标准FEA默认模型存在严重缺陷(从形象和字面上讲，因此在许多情况下需要设计更精确的模型并由用户配置。如果不这样做，您可以得到精确到令人放心的详细结果，但会有显著的误差。
巧合的是，我一直在读一本最近出版的书“《登月八年:阿波罗任务的历史》南希·阿特金森，图1。这本书不仅突出了个人和个性，而且还讨论了许多第一次必须解决的分析性未知数。例如，轨道路径的力学、与轨道上的另一个航天器的会合，以及地球和月球之间的导航和制导，我们现在所做的一切因为我们对日常生活不太了解。
图1。这本最近出版的书提供了更多关于阿波罗计划和人类的视角，并有许多精彩的、标题完整的照片。图片来源：亚马逊。
聪明人，他们中的许多人在查尔斯·斯塔克·德雷珀博士和理查德·巴丁博士的指导下在德雷珀实验室工作（他的书是经典的介绍性文本，**参考文献1**），研究了复杂的轨道方程和扰动方程，特别是使两个航天器相遇的方程，尽管当时他们可以使用最好的计算机（IBM 7094大型机，**参考文献2**）在项目早期，花费他们大部分时间的问题是找出在各种轨道和连接轨道和场景下哪些方程是正确的。
在平衡燃料、时间和不确定性因素的同时，他们必须努力解决关键的修正问题，以考虑数据、跟踪和其他错误;你通常不会有第二次机会，原因有很多。1963年，阿波罗11号的宇航员埃德温·奥尔德林(Edwin " Buzz " Aldrin)就这一课题完成了他在麻省理工学院的博士论文《载人轨道交会的视线引导技术》(sight - Guidance Techniques for Manned Orbital Rendezvous)，这比任何交会尝试都早了好几年，他是为数不多的对这一课题进行过详细研究的人之一。图2和参考文献3.
尽管我们拥有强大的处理器，但在匆忙进行计算和数字运算之前仍有大量的模拟分析。我刚刚读到一篇论文，讨论了一个有趣而重要的问题：登陆艇如何确定火星上的正北方向？事实证明，这并不容易。报纸，”用InSight上的日晷确定火星上的真北”(洞察力是一项火星任务），研究如何使用古老的导航技术；它涉及的不仅仅是在已知时间测量阴影角度和查看预先计算的太阳表。
首先，所描述的算法使用了几何和三角学的详细分析，查看哪些地方可以简化，所有这些都是非常类似的东西。只有在完成这项分析后，才计算出用于计算细节和得出答案的“能力”。在进行分析之前，仅仅应用无数的CPU周期是非常不成熟的，因为首先需要充分理解拼图中所有元素之间的多重关系。
你是否曾被告知，解决一个问题只是一个更强大的处理能力的问题?在对问题进行适当的调查和分析之前，您是否曾经“匆忙地进行计算”(与估算不同)?
参考文献
- 理查德·h·巴丁，"天体动力学的数学和方法导论”
- FedTech，”IBM 7094是如何在20世纪60年代给NASA和空军带来计算优势的”
- 史密森航空航天博物馆，”阿波罗50:巴兹·奥尔德林的博士论文”
