NASA 的化學平衡應用程式碼（CEA）是推進系統分析的基礎工具。它提供平衡化學、火箭性能、激波和爆震計算，廣泛應用於 NASA 及整個航空航太界。NASA 工程與安全中心（NESC）的 TI-22-01730 活動，將舊版的 CEA2 Fortran 程式碼現代化為 CEA v3，這是一個採用 Fortran 2008 標準、物件導向的軟體套件，具備擴充的介面支援、更新的熱化學數據、改善的可維護性，以及大幅提升的工作流程整合。此現代化程式碼保留了與舊版 CEA 輸入工作流程的向後相容性，同時能夠直接從現代分析環境（包括 Python、C、MATLAB 和自動化設計研究）中使用。
背景
CEA2 於 2002 年發布，一直廣泛用於推進和熱化學分析。然而，由於缺乏子程序介面，原始程序式的 Fortran 實作變得越來越難以維護、擴充和整合到現代工程工作流程中。目前的推進分析日益需要自動化參數掃描、與其他建模工具和工程工作流程的整合，以及對新興推進劑和燃料（包括綠色推進劑和永續航空燃料）的支援。這些需求促使進行全面的現代化工作，以保留 CEA 經過驗證的技術基礎，同時改善其可維護性、可用性以及與現代工程軟體的整合。
技術改進
現代軟體架構
CEA v3 採用 Fortran 2008 標準實作，使用物件導向的資料結構、更嚴格的型別檢查和執行緒安全（thread-safe）的平衡求解器架構。該軟體支援 Fortran、C、Python、MATLAB 和 Excel 介面。這些介面允許 CEA 直接用於自動化分析流程、多學科設計框架和大量設計實驗研究。透過舊版的命令列介面支援向後相容性，可以將現有的 CEA 輸入檔案和工作流程以最小的干擾向前推進。
熱力學資料庫已擴充，以支援與當前 NASA 應用相關的額外推進劑和燃料，包括 ADN、HAN 和 LMP-103S 等綠色推進劑成分，以及 n-丁醇等永續航空燃料候選物。這種擴充的物種涵蓋範圍提高了 CEA 在下一代推進、綠色推進劑和永續航空燃料研究中的適用性。
CEA v3 新增或改進了對以下幾項建模功能的支援：
效能改進
對於獨立使用，CEA v3 中的個別平衡計算比對應的 CEA2 計算速度稍慢，因為現代化架構和增加的穩健性會引入額外的計算開銷。在代表性測試中，單次計算大約慢了 40%，但絕對差異僅約為每例 0.004 秒。然而，現代化架構為多案例工作流程提供了顯著的效能優勢，這在設計實驗研究、參數掃描、優化和不確定性分析中很常見。在一項基準測試中，使用 CEA v3 完成 108,500 個案例的掃描僅需約 1.11 秒，而使用 CEA2 則需要約 15 分鐘。這相當於該工作流程的執行時間減少了約 800 倍。這些改進使得大規模推進權衡研究和自動化設計空間探索變得更加實際。
NASA 工程使用者應考慮以下指南：