“是的,所以下一步我建议做‘分层验证’。”
温卿提出完整计划。
“第一步,用更多基准问题验证算法基础性能。
第二步,用简化的一维内爆模型验证算法在极端条件下的稳定性。
第三步,用现有的二维轴对称内爆模型做对比计算。
如果前三步都通过,再考虑应用到完整的三维仿真。”
这个渐进式的验证计划,显得既科学又稳妥。
会议最终决定:
批准温卿进行前两步验证,经费和计算资源由小组支持。
如果结果理想,再推进到第三步。
接下来的一个月,温卿全心投入到算法验证中。
基准问题验证很顺利。
新算法在二十多个经典测试案例中,全部表现优于现有算法。
特别是在捕捉弱冲击波和复杂波系相互作用方面,优势明显。
一维内爆模型验证更具挑战性。
温卿设计了一个简化模型:
球对称几何,理想炸药,简化状态方程。
虽然离真实情况很远,但包含了内爆的核心物理——向心汇聚的冲击波。
第一次运行就遇到了问题。
在冲击波汇聚到中心前的最后几个时间步,新算法出现了数值振荡,导致计算崩溃。
温卿仔细分析输出数据,发现问题出在过渡函数上。
在极端汇聚条件下,物理量的空间梯度变化极快,固定的过渡函数宽度不合适。
她改进了算法:
让过渡函数宽度根据局部梯度动态调整。
梯度变化快的地方,用窄过渡函数快速切换;
梯度变化慢的地方,用宽过渡函数平滑过渡。
改进后的算法通过了所有一维测试。
对比结果显示,新算法模拟的冲击波汇聚对称性,确实比现有算法更“真实”——
这里“真实”的意思是,当故意引入微小的不对称扰动时,新算法会忠实地放大这种不对称。
而现有算法会部分抹平它。
这正是温卿想要的效果。
核武器内爆的工程实现中,不可避免地存在微小的不对称:
炸药密度不均匀,起爆时序微小差异,材料微观结构波动……
这些“不完美”会在内爆过程中被放大,影响最终性能。
仿真的价值之一,就是评估这些不完美的影响。
如果仿真算法本身就有“抹平”效应,就会低估风险,导致设计过于乐观。
温卿把一维验证结果整理成第二份报告。
这次,赵研究员的态度明显不同了。
“很好。”
他看完报告后说。
“基础工作做得很扎实。我同意推进到第三步——二维轴对称模型验证。”
这是关键的突破。
二维轴对称模型已经相当接近真实的设计工具。
如果在这一级验证成功,新算法就有望应用到实际工程设计中。
算法改进的成功,意义不止于技术层面。
对温卿个人而言,这是她在“轩辕”基地的第一次实质性贡献。
不是靠超前的知识,而是靠扎实的数学和工程能力。
这让她获得了同事们的认可,也让她在这个极度保守的领域站稳了脚跟。
对项目而言,这意味着内爆仿真的精度可能提升一个台阶。
更精确的仿真,意味着更可靠的设计,更小的安全余量,最终可能是更小、更轻、更高效的核弹头。
但温卿知道,这只是开始。
算法的改进,只是让现有的物理模型能够更“真实”地呈现。
如果物理模型本身有缺陷,再好的算法也无济于事。
她的长期目标,是逐步引入那些更精确的物理模型:
考虑电子关联效应的状态方程,考虑材料强度的冲击波传播模型,考虑中子源空间分布的点火模型……
但饭要一口一口吃。
在核武器这个最敏感、最保守的领域,任何改变都必须谨慎,必须有充分的证据,必须获得广泛的认同。
算法改进是一个完美的切入点。
算法改进通过二维轴对称模型验证的那天,理论部主任李院士亲自来到了计算中心。
李院士是基地的元老之一,参与了第一代核武器的理论设计。
如今已年过七旬,头发全白,步履有些蹒跚,但眼神依然锐利如当年。
他很少来基层,这次亲自到访,让整个算法小组都紧张起来。
“温卿同志在吗?”
李院士的声音不高,但透着不容置疑的威严。
温卿正在调试代码,闻声立刻起身:
“李院士,我是温卿。”
老人走到她的工作台前,看了看屏幕上还在运行的二维仿真结果。
冲击波汇聚的等值线图清晰显示,新算法捕捉到的波系结构更加精细。
特别是冲击波交汇处的高压区,分布更符合物理直觉。
“这个改进,”
李院士指着屏幕。
“能让我们的设计余量减少多少?”
这个问题很直接,也很关键。
设计余量是为了补偿各种不确定性的安全空间,余量越大越安全,但代价是性能损失——
更重、更大、当量可能更低。
温卿调出对比数据:
“根据二维模型估算,在保证同等可靠性的前提下,新算法可以让设计余量减少5到8。”
李院士沉吟片刻。
“对一个百公斤级的弹头来说,就是5到8公斤的重量节省。
这5到8公斤,可以换成更强的结构,或者更多的突防装置。”
他转向温卿,目光深邃:
“你从哪里学的这些数值方法?报告中提到的自适应滤波思想,在计算流体力学领域也不算主流。”
温卿早有准备:
“李院士,我在之前的航天防护项目中,研究过高温气体流动的数值模拟。
那里也面临冲击波捕捉的问题。
彩色电视的信号处理算法给了我启发——
都是处理信号突变的问题,物理背景不同,但数学原理相通。”