（來源：麻省理工科技評論）

今年 1 月，馬斯克的 SpaceX 向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提交了一份申請，計(jì)劃在不引發(fā)地球環(huán)境危機(jī)的前提下，充分釋放 AI 的潛力，將多達(dá)一百萬個數(shù)據(jù)中心發(fā)射到地球軌道上。

近年來，多家高科技公司紛紛鼓吹軌道計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，SpaceX 是最新加入的一個。去年，亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯（Jeff Bezos）表示，科技行業(yè)將走向太空大規(guī)模計(jì)算；Google 也在布局，計(jì)劃最早明年發(fā)射一個由 80 顆衛(wèi)星組成的測試星座，用于在軌數(shù)據(jù)處理；初創(chuàng)公司也沒閑著：去年 11 月，總部位于華盛頓州的 Starcloud 發(fā)射了一顆搭載 Nvidia H100 GPU 的衛(wèi)星，完成了先進(jìn) AI 芯片的首次軌道測試，并計(jì)劃到 2030 年建成與地面同等規(guī)模的軌道數(shù)據(jù)中心。

支持者認(rèn)為把數(shù)據(jù)中心放到太空是合理的。當(dāng)前的 AI 熱潮正在給電網(wǎng)帶來壓力，冷卻計(jì)算機(jī)所需的水資源需求也在攀升。大型數(shù)據(jù)中心附近的社區(qū)擔(dān)心需求增長會推高水電價(jià)格，以及帶來其他問題。

太空可以同時解決水和能源兩個問題，支持者認(rèn)為。在持續(xù)被陽光照射的太陽同步軌道上，太空數(shù)據(jù)中心可以不間斷地獲取太陽能；產(chǎn)生的多余熱量也能輕松散發(fā)到冰冷的太空真空中。隨著太空發(fā)射成本不斷下降，星艦等巨型火箭有望進(jìn)一步壓低價(jià)格，把全球數(shù)據(jù)中心搬到太空在商業(yè)上可能會變得合理。反對者則指出了一系列技術(shù)障礙，不過也有人認(rèn)為這些障礙在不遠(yuǎn)的將來可能被克服。

以下是實(shí)現(xiàn)太空數(shù)據(jù)中心所需的四個必要條件。

散熱難題

AI 數(shù)據(jù)中心會產(chǎn)生大量熱量，而太空似乎是一個不用消耗大量的水就能散熱的理想場所。然而，實(shí)際運(yùn)作起來卻沒有那么簡單：要獲得 24 小時不間斷運(yùn)行所需的電力，太空數(shù)據(jù)中心必須處于持續(xù)被照射的軌道上，沿極地方向環(huán)繞地球，永遠(yuǎn)不進(jìn)入地球的陰影；在這種軌道上，設(shè)備溫度永遠(yuǎn)不會降到 80 攝氏度以下，這對電子設(shè)備的長期安全運(yùn)行來說太高了。

把熱量從這樣一個系統(tǒng)中導(dǎo)出，難度出人意料?！疤罩械臒峁芾砗蜕峥偟膩碚f是一個巨大的問題，”奧地利太空科技初創(chuàng)公司 Satellives 的 CEO 莉莉·艾辛格（Lilly Eichinger）說。

在地球上，熱量主要通過對流這一自然過程散發(fā)，對流依賴氣體和液體（如空氣和水）的流動。在太空真空中，熱量只能通過效率低得多的輻射過程來排出。要安全地排出計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的熱量以及從太陽吸收的熱量，需要大面積的輻射表面。衛(wèi)星越龐大，把內(nèi)部熱量排到太空中就越困難。

但歐洲航天巨頭泰雷茲阿萊尼亞航天公司（Thales Alenia Space）前技術(shù)總監(jiān)伊夫·迪朗（Yves Durand）表示，解決這個問題的技術(shù)已經(jīng)存在。

該公司此前為大型電信衛(wèi)星開發(fā)了一套系統(tǒng)，可以通過機(jī)械泵驅(qū)動制冷劑流過管路網(wǎng)絡(luò)，最終將航天器內(nèi)部的熱量傳導(dǎo)到外部的散熱器上。迪朗主導(dǎo)了一項(xiàng) 2024 年關(guān)于太空數(shù)據(jù)中心的可行性研究，研究發(fā)現(xiàn)盡管挑戰(zhàn)存在，歐洲應(yīng)該有可能在 2050 年前將吉瓦級數(shù)據(jù)中心（與地球上最大的設(shè)施相當(dāng)）送入軌道。這些設(shè)施將比 SpaceX 設(shè)想的大得多，配備數(shù)百米長的太陽能電池陣列，比國際空間站還大。

輻射轟炸

地球周圍的太空持續(xù)遭受宇宙粒子的轟擊和太陽輻射的沖刷。在地表，大氣層和磁層為人類和電子設(shè)備提供了保護(hù)，但離地球越遠(yuǎn)，保護(hù)越弱。研究表明，機(jī)組人員因頻繁暴露在巡航高度的高輻射環(huán)境中，患癌風(fēng)險(xiǎn)更高——高空大氣層更薄，屏蔽作用更弱。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系首席系統(tǒng)科學(xué)家 Ken Mai 表示，太空中的高輻射會給電子設(shè)備帶來三類問題。第一類是單粒子翻轉(zhuǎn)：帶電粒子撞擊芯片和存儲設(shè)備時會導(dǎo)致位翻轉(zhuǎn)，破壞存儲數(shù)據(jù)；第二類是累積性損傷：電子設(shè)備長時間暴露在電離輻射中，性能逐漸下降；第三類是永久性損傷：帶電粒子有時會在芯片上物理性地位移原子，造成不可逆的破壞。

傳統(tǒng)上，發(fā)射到太空的計(jì)算機(jī)需要經(jīng)過多年測試，專門設(shè)計(jì)以承受軌道上的強(qiáng)輻射。但這種太空加固電子設(shè)備價(jià)格昂貴，性能也比地面最先進(jìn)設(shè)備落后好幾年，直接發(fā)射消費(fèi)級芯片則是一場賭博。不過迪朗指出，尖端芯片使用的新工藝在默認(rèn)情況下就比老一代系統(tǒng)更耐輻射。今年 3 月中旬，Nvidia 展示了包括一款新 GPU 在內(nèi)的硬件，聲稱正在“將 AI 算力帶入軌道數(shù)據(jù)中心”。

英偉達(dá)邊緣 AI 營銷負(fù)責(zé)人 Chen Su 告訴《麻省理工科技評論》：“英偉達(dá)的系統(tǒng)本質(zhì)上是商用現(xiàn)貨產(chǎn)品，輻射抗性是在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)的，而非僅僅依靠輻射加固的硅片?！彼a(bǔ)充說，衛(wèi)星制造商通過屏蔽、先進(jìn)的錯誤檢測軟件以及將消費(fèi)級設(shè)備與定制加固技術(shù)相結(jié)合的架構(gòu)來增強(qiáng)芯片的抗輻射能力。

不過 Mai 指出，數(shù)據(jù)處理芯片只是一個方面。數(shù)據(jù)中心還需要內(nèi)存和存儲設(shè)備，兩者都容易受到過量輻射的損害。運(yùn)營商還需要在問題出現(xiàn)時有能力更換部件或調(diào)整配置。使用機(jī)器人或宇航員任務(wù)進(jìn)行維護(hù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，是大規(guī)模軌道數(shù)據(jù)中心面臨的一大懸而未決的問題。

“你不僅需要把一個滿足當(dāng)前需求的數(shù)據(jù)中心送上太空，還需要冗余、備件和可重構(gòu)性，這樣當(dāng)東西壞了的時候，你可以改變配置繼續(xù)工作，”Mai 說，“這是一個非常有挑戰(zhàn)性的問題，因?yàn)橐环矫嫣沼忻赓M(fèi)的能源和電力，但也有很多劣勢。這些問題完全可能超過把數(shù)據(jù)中心送入太空所獲得的優(yōu)勢?！?/p>

除了日常維護(hù)之外，還有災(zāi)難性損失的風(fēng)險(xiǎn)。太空天氣劇烈時，衛(wèi)星可能被輻射淹沒，全部電子設(shè)備被燒毀。太陽剛剛度過其 11 年周期中最活躍的階段，對衛(wèi)星的影響相對較小。但專家警告，自太空時代開始以來，人類還沒有經(jīng)歷過太陽最猛烈的爆發(fā)。目前主導(dǎo)地球軌道的低成本新型太空系統(tǒng)能否扛住那一天，很多人表示懷疑。

太空垃圾

無論是泰雷茲阿萊尼亞航天公司設(shè)想的大型軌道數(shù)據(jù)中心，還是 SpaceX 提出的超大規(guī)模小型衛(wèi)星星座，都讓太空可持續(xù)發(fā)展專家頭疼。地球周圍的太空已經(jīng)相當(dāng)擁擠，僅星鏈衛(wèi)星每年就要執(zhí)行數(shù)十萬次碰撞規(guī)避機(jī)動，以躲開碎片和其他航天器。太空中的東西越多，發(fā)生災(zāi)難性碰撞的可能性就越大，一旦碰撞發(fā)生，軌道上將充斥數(shù)千塊危險(xiǎn)碎片。

擁有數(shù)百平方米太陽能電池陣列的大型結(jié)構(gòu)，很快就會被小塊太空碎片和微隕石損壞，太陽能板性能隨時間下降，同時產(chǎn)生更多碎片。軌道回收初創(chuàng)公司 Lunexus Space 的創(chuàng)始人格雷格·維亞勒（Greg Vialle）告訴《麻省理工科技評論》，在低地球軌道（2000 公里以下）運(yùn)營一百萬顆衛(wèi)星，除非該區(qū)域所有衛(wèi)星都屬于同一個網(wǎng)絡(luò)、能有效通信以互相規(guī)避，否則可能無法安全運(yùn)行。

“一個軌道殼層大約能容納四五千顆衛(wèi)星，”維亞勒說，“算上低地球軌道的所有殼層，最多大約能放 24 萬顆?！?/p>

航天器之間必須保持安全距離才能交錯通過，避免碰撞。"你還得能把東西送到更高軌道再降回來進(jìn)行離軌，所以衛(wèi)星之間至少需要 10 公里的間隔，"他補(bǔ)充道，"像星鏈這樣的超大星座可以排得更緊密，因?yàn)樾l(wèi)星之間互相通信。但除非是壟斷經(jīng)營，否則不可能在地球周圍放一百萬顆衛(wèi)星。"

此外，SpaceX 很可能希望定期用更先進(jìn)的技術(shù)升級軌道數(shù)據(jù)中心。每五年更換一百萬顆衛(wèi)星意味著軌道交通將更加繁忙。一群對 SpaceX FCC 申請?zhí)岢霎愖h的天文學(xué)家指出，這可能將碎片再入大氣層的頻率從目前每天三四塊提高到大約每三分鐘一塊。一些科學(xué)家擔(dān)心再入碎片可能損害臭氧層并改變地球的熱平衡。

發(fā)射和組裝

硬件在軌道上存活得越久，投資回報(bào)就越好。但要讓軌道數(shù)據(jù)中心在經(jīng)濟(jì)上站得住腳，企業(yè)必須找到相對廉價(jià)的方式將硬件送入軌道。SpaceX 押注即將投入使用的星艦巨型火箭，載荷能力最高可達(dá)目前主力火箭獵鷹 9 號的六倍。泰雷茲阿萊尼亞航天公司的研究也得出結(jié)論：如果歐洲要建造自己的軌道數(shù)據(jù)中心，就必須開發(fā)同樣強(qiáng)大的運(yùn)載火箭。

但發(fā)射只是等式的一半。大型軌道數(shù)據(jù)中心裝不進(jìn)一枚火箭，即使是巨型火箭也不行，它需要在軌道上組裝。這很可能需要目前尚不存在的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)。多家公司已經(jīng)用此類系統(tǒng)的前身進(jìn)行了地面測試，但距離實(shí)際應(yīng)用還很遠(yuǎn)。

迪朗認(rèn)為，短期內(nèi)更現(xiàn)實(shí)的路徑是較小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。它們可以直接在太空中處理對地觀測衛(wèi)星拍攝的圖像，無需傳回地球，成為軌道基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。這對出售太空數(shù)據(jù)洞察的公司來說幫助很大——很多數(shù)據(jù)集體積極為龐大，通過地面站下傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的競爭也日趨激烈。

“軌道數(shù)據(jù)中心的好處是可以從小型服務(wù)器起步，逐步擴(kuò)大，”迪朗說，“你可以利用模塊化設(shè)計(jì)，一步步學(xué)習(xí)，逐漸發(fā)展太空工業(yè)能力。技術(shù)我們都有，對太空數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)設(shè)施的需求也很大，所以思考這個方向是有意義的?！?/p>

不過，較小規(guī)模的設(shè)施對緩解地面數(shù)據(jù)中心給地球水電資源帶來的壓力恐怕幫助有限。一些批評者認(rèn)為，這個愿景可能需要幾十年才能實(shí)現(xiàn)——如果它真的能落地的話。

https://www.technologyreview.com/2026/04/03/1135073/four-things-wed-need-to-put-data-centers-in-space/