配备遥感技术的卫星执行许多重要的国家安全任务，从探测爆炸到跟踪海冰，但到目前为止，从概念到可部署空间系统可能需要团队数年的时间。
Valhalla是桑迪亚国家实验室开发的基于Python的性能建模框架，它使用高性能计算根据任务要求构建初步卫星设计，然后通过数千次仿真运行这些设计。模拟的结果输入到一个交互式多维视频视图中，该视图显示了卫星执行任务的情况，并显示了数百个绘图，用户可以一目了然地看到每个输出和输入之间的关系。这些数据使用户能够快速找到最能执行任务的解决方案。
Valhalla已经被用于探索加强北极安全的空间系统，研究神经形态计算对空间系统设计的影响，模拟跟踪和监测地中海假想的难民救援任务和其他卫星任务。
Valhalla项目负责人兼航空航天工程师JamesMeub表示，一个多学科团队通常需要数月甚至数年的时间来完成遥感卫星的初步设计，或确定现有卫星在新任务期间的性能。该团队根据卫星需要探测和观测的内容编写任务要求，然后由光学工程师设计有效载荷，航空航天工程师设计主载具。
Meub说：“理解设计决策和需求如何影响这些同步活动的能力是迭代的、耗时的，对于生成可靠的解决方案至关重要。”。“Valhalla通过使用高性能计算来缩短这一过程，帮助用户在几周内完成卫星或空间系统的初步设计，它还可以显示具有不同功能的非相同卫星组在新的组合和场景中的表现。”
Meub说，越来越多的人正在考虑将一组小型卫星作为一个系统，而不是一颗大型卫星，用于遥感任务。
根据任务需求定制卫星系统
使用Valhalla设计空间系统类似于在线定制新车。项目团队成员访问Sandia的内部Valhalla网站，选择执行任务所需的功能和部件。第一步是向Valhalla提供可以解析为量化目标的任务需求，包括：
Meub表示，任务要求明确后，下一步是从约2500个部件的部件目录中选择车载计算机、无线电、电池、反作用轮、传感器、推进箱和推进器以及GPS接收机等部件。
他说，Valhalla采用了所有选定的部件，并通过使用编码接口控制文件、工程最佳实践和基于规则的逻辑创建了基线卫星设计。它确定了有效载荷、结构、太阳能电池阵列和电池的大小，优化了卫星的质量及其与各种运载火箭的兼容性，并生成了卫星内部组件的概念布局。
太空生活中的一天
Meub说，Valhalla随后将基线设计填充到一组卫星中，通常称为星座，并通过运行一天的生命动力模型模拟来模拟执行任务的空间系统。仿真将任务性能指标与空间系统目标进行比较，并重复该过程数千次，以找到最佳星座设计。
Valhalla还模拟了该系统的轨道动力学和地球、月球和太阳的重力谐波，以模拟每颗卫星在一天中所经历的空间环境。
Meub说，在为特定的国家安全任务设计空间系统时，需要考虑数千个变量和关系，使该任务非常适合高性能计算。
他说：“瓦尔哈拉将变量之间的关系可视化，这样用户就可以看到当相互相关的参数发生变化时，整个空间系统是如何受到影响的。”。“例如，航天器所需的高度将影响所需望远镜的大小，反之亦然。随着卫星高度的增加，望远镜也需要变得更强大，但系统将需要更少的卫星来提供足够的传感范围，以执行其任务。”
为决策创建交互式数据可视化
模拟数据在图形处理单元集群中进行后处理。GPU从模拟中获取所有数据，并对其进行梳理，以关联变量集的性能指标，生成一个N维超曲面，为用户提供数百个图，包括执行任务的星座的三维可视化、重新访问和收集统计数据、运载火箭兼容性和模拟卫星遥测馈送。
“这允许用户快速分析模拟数据，”Meub说。“所有数据都以可信的、可消化的格式鈥攜你可以理解为什么某些模拟运行比其他运行产生更好的性能指标。这使团队能够在数月而不是数年内为某些项目提供国家安全解决方案。"