introduction to psaap iii march 14, 2018 - sandia.gov · 2019-04-24 · introduction to psaap iii...

17
NATIONAL NUCLEAR SECURITY ADMINISTRATION OFFICE OF DEFENSE PROGRAMS Introduction to PSAAP III March 14, 2018 David N. Etim Federal Program Manager Office of Advanced Simulation and Computing and Institutional R&D Programs (NA-114)

Upload: others

Post on 28-May-2020

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

N A T I O N A L   N U C L E A R   S E C U R I T Y   A D M I N I S T R A T I O N   O F F I C E   O F   D E F E N S E   P R O G R A M S

Introduction to PSAAP III

March 14, 2018

David N. EtimFederal Program ManagerOffice of Advanced Simulation and Computing and Institutional R&D Programs (NA-114)

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

Historical Background of ASC

FY1994: The President and Congress established the DOE Stockpile Stewardship Program to meet the challenge of maintaining our nuclear deterrent under a comprehensive test ban.

FY1996: The ASCI program was established and funded to “promptly shift from nuclear test‐based methods to computational‐based methods”

FY2004: ASCI transitioned to ASC with a vision to “Predict with confidence the behavior of nuclear weapons through comprehensive science‐based simulations.”

2

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

ASC uses simulation and computing to maintain the U.S. nuclear deterrent

Central Problem: Replacement of underground testing with a rigorous scientific methodology with which to assess and maintain our confidence in our nuclear stockpile.

Time Urgencies: Supporting national policy with respect to the maintenance of our nuclear stockpile requires that we be able to certify annually to the Secretaries of the Departments of Energy and Defense that the stockpile is safe, reliable, and secure.

ASC provides a national program planned and coordinated across the three Defense Program Laboratories with partnerships with other federal agencies, academia, and industry.

3

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

ASC simulations have three dominant drivers

Supporting the weapons program via predictions with quantified uncertainties– Design change certification (i.e. Life Extension Program)– Annual assessment– Significant findings investigations, manufacturing, etc.– Performance, safety & surety– Weapon system response, and survivability, under potential environments

Reducing uncertainty through understanding and discovery– Removing the simulation unknowns & understanding Aging– Improving the material property databases & physics models representing reality

Meeting broader national security missions– Secure Transportation– Nuclear Forensics– Emergency Response– Defense Nuclear Security and Vulnerability

4

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

What is PSAAP?

Predictive Science Academic Alliance Program

Primary Goal: to establish validated, large‐scale, multi‐disciplinary, simulation‐based “Predictive Science” as a major academic, applied research program

“Predictive Science”

– Application of verified and validated computational simulations to predict properties and dynamics of complex systems

Collaborations with universities involve training, recruiting, and working with top researchers in key disciplines required by stockpile stewardship

Engage U.S. academic community in making significant advances in predictive modeling and simulation technologies

5

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

ASC Academic Strategic Alliance Program (1997‐2010)

California Institute of Technology

– Center for Simulating the Dynamic Response of Materials

Stanford University

– Center for Integrated Turbulence Simulations

University of Chicago

– Center for Astrophysical Thermonuclear Flashes

University of Illinois at Urbana‐Champaign

– Center for Simulation of Advanced Rockets

University of Utah

– Center for the Simulation of Accidental Fires & Explosions

6

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

ASC PSAAP (2008‐2013)

California Institute of Technology

– Center for Predictive Modeling and Simulation of High‐Energy Density Dynamic Response of Materials

Purdue University

– Center for Prediction of Reliability, Integrity and Survivability of Microsystems

Stanford University

– Predictive Simulations of Multi‐Physics Flow Phenomena, with Application to Integrated Hypersonic Systems

University of Michigan at Ann Arbor

– Center for Radiative Shock Hydrodynamics

University of Texas at Austin

– Center for Predictive Engineering and Computational Science

7

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

PSAAP I Accomplishments

Caltech– Made technical advances in Euler and Lagrangian solvers, supporting experimental work

Purdue– completes first‐ever simulations of PRISM device performance under periodic or sustained contact

– Public‐domain open source software addressing the physics, numerics, and uncertainty quantification methodologies 

Stanford– Advances in models, numerical algorithms and adjoint solvers for high‐speed multi‐physics simulations

Michigan– Successfully predict the shock location of an elliptical experiment

Texas‐Austin– Researchers performed an extensive sensitivity analysis to add new ablation and radiation physics modules 

to a widely used legacy hypersonic‐flow code

8

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

ASC PSAAP II (2014‐Present)

Multi‐disciplinary Simulation Centers– University of Utah

• Center for High Efficiency Electric Power Generation with Carbon Capture– University of Illinois‐Urbana‐Champaign

• Center for Exascale Simulation of Plasma‐Coupled Combustion– Stanford University

• Predictive Simulations of Particle‐laden Turbulence in a Radiation Environment

Single‐discipline Centers– University of Florida

• Center for Compressible Multiphase Turbulence– Texas A&M University

• Center for Exascale Radiation Transport– University of Notre Dame

• Center for Shock Wave‐processing of Advanced Reactive Materials

9

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

Disciplines of Interests to NNSA for PSAAP III

Hydrodynamics

Turbulence

Particle & Radiation Transport

Reactive & Energetic Materials

Chemical transformations

Combustion

Solid‐solid phase transitions

Plastic flow

Shock‐assisted and shock‐induced reactions

Equations of state and constitutive properties

Material damage and failure

Material stability

Novel materials

Nuclear properties

Design of experiments for validation, including surrogate materials and environments

Engineering mechanics and design

Molecular dynamics

10

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

Current vs. New

Current (PSAAP II):

– Focus on multi‐scale, multi‐disciplinary unclassified applications of NNSA interests

– Demonstrate validated simulation capability for prediction

– Produce/practice methodologies on:

• Verification

• Validation

• Uncertainty Quantification

– Exascale Computing

New (PSAAP III):

– Focus on discipline‐based research to further predictive science established by Exascale computing

– Developing and demonstrating technologies and methodologies supporting effective Exascalecomputing in science/engineering applications

– Predictive Science based on verification & validation, and uncertainty quantification for large‐scale simulations

11

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

PSAAP III Centers

Center Structure*

– Multi‐disciplinary Simulation Centers (MSCs)

– Single‐discipline Centers (SDCs)

Proposers’ Qualification:

– U.S. Ph.D. granting institutions only

– PSAAP II Centers are required to propose different application problems

– No limits on pre‐proposal submissions per university campus

*see Fernando Grinstein’s talk for further details

12

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

Anticipated Budget Structure

MSCs

– $2.5M the first year and $3.5M for each of the remaining four years

SDCs

– $250K‐$1M for the first year, $250K‐$2M for subsequent years with a maximum of 5 years

Funded via Cooperative Agreements

13

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

PSAAP III Procurement

ASC is in the process of scoping out the new program ASC will be seeking interested proposers’ inputs via upcoming Request for Input (RFI)

Timeline (subject to change)– RFI issuance – end of April 2018– RFP issuance – early 2019– Proposal Evaluation & Site Reviews – summer 2019– Selection of Awardees – end of 2019– New PSAAP III Centers – mid April 2020

14

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

Rules of Engagement

• Prior to Release of RFI:– Proposers are allowed to contact NNSA ASC lab experts to ask questions

– Word of Caution:  View the lab experts’ responses or comments as such; not representative of HQ or the program or “what to propose”

– Proposers will be evaluated entirely on their own team’s merits, not any labs’ nor non‐academic collaborators’

• There should be no discussion between ASC and any person or organization interested in PSAAP III with respect to this procurement between the release of the RFI and the announcement of the results of the RFI.• NOTE: Doesn’t preclude ongoing research (non‐PSAAP III related)

• There should be no discussion between ASC and any person or organization interested in PSAAP III with respect to this procurement between the release of the RFP and the announcement of the final decisions of the RFP.

15

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

ASC Teams

Alliance Strategy Team (AST): Blue

Verification and Validation (V&V): Red

Multiphysics Applications (Apps): Green

Physics and Engineering Modeling (PEM): Yellow

Computer Science (CS): Orange

ASC managers: Purple

16

NAT I ONA L  NUC L E A R   S E CUR I T Y  ADM IN I S T RA T I ON  OF F I C E  OF  DE F EN S E  P ROGRAMS

Point of Contact

David Etim

[email protected]

– Work: (202) 586‐8081

ASC Program

– https://nnsa.energy.gov/asc

Please submit questions in the basket up front so that they will be addressed later today or tomorrow morning

17