今年 1 月，马斯克的 SpaceX 向美国联邦通信委员会（FCC）提交了一份申请，计划在不引发地球环境危机的前提下，充分释放 AI 的潜力，将多达一百万个数据中心发射到地球轨道上。
近年来，多家高科技公司纷纷鼓吹轨道计算基础设施的潜力，SpaceX 是最新加入的一个。去年，亚马逊创始人杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）表示，科技行业将走向太空大规模计算；Google 也在布局，计划最早明年发射一个由 80 颗卫星组成的测试星座，用于在轨数据处理；初创公司也没闲着：去年 11 月，总部位于华盛顿州的 Starcloud 发射了一颗搭载 Nvidia H100 GPU 的卫星，完成了先进 AI 芯片的首次轨道测试，并计划到 2030 年建成与地面同等规模的轨道数据中心。
支持者认为把数据中心放到太空是合理的。当前的 AI 热潮正在给电网带来压力，冷却计算机所需的水资源需求也在攀升。大型数据中心附近的社区担心需求增长会推高水电价格，以及带来其他问题。
太空可以同时解决水和能源两个问题，支持者认为。在持续被阳光照射的太阳同步轨道上，太空数据中心可以不间断地获取太阳能；产生的多余热量也能轻松散发到冰冷的太空真空中。随着太空发射成本不断下降，星舰等巨型火箭有望进一步压低价格，把全球数据中心搬到太空在商业上可能会变得合理。反对者则指出了一系列技术障碍，不过也有人认为这些障碍在不远的将来可能被克服。
以下是实现太空数据中心所需的四个必要条件。
散热难题
AI 数据中心会产生大量热量，而太空似乎是一个不用消耗大量的水就能散热的理想场所。然而，实际运作起来却没有那么简单：要获得 24 小时不间断运行所需的电力，太空数据中心必须处于持续被照射的轨道上，沿极地方向环绕地球，永远不进入地球的阴影；在这种轨道上，设备温度永远不会降到 80 摄氏度以下，这对电子设备的长期安全运行来说太高了。
把热量从这样一个系统中导出，难度出人意料。“太空中的热管理和散热总的来说是一个巨大的问题，”奥地利太空科技初创公司 Satellives 的 CEO 莉莉·艾辛格（Lilly Eichinger）说。
在地球上，热量主要通过对流这一自然过程散发，对流依赖气体和液体（如空气和水）的流动。在太空真空中，热量只能通过效率低得多的辐射过程来排出。要安全地排出计算机产生的热量以及从太阳吸收的热量，需要大面积的辐射表面。卫星越庞大，把内部热量排到太空中就越困难。
但欧洲航天巨头泰雷兹阿莱尼亚航天公司（Thales Alenia Space）前技术总监伊夫·迪朗（Yves Durand）表示，解决这个问题的技术已经存在。
该公司此前为大型电信卫星开发了一套系统，可以通过机械泵驱动制冷剂流过管路网络，最终将航天器内部的热量传导到外部的散热器上。迪朗主导了一项 2024 年关于太空数据中心的可行性研究，研究发现尽管挑战存在，欧洲应该有可能在 2050 年前将吉瓦级数据中心（与地球上最大的设施相当）送入轨道。这些设施将比 SpaceX 设想的大得多，配备数百米长的太阳能电池阵列，比国际空间站还大。
辐射轰炸
地球周围的太空持续遭受宇宙粒子的轰击和太阳辐射的冲刷。在地表，大气层和磁层为人类和电子设备提供了保护，但离地球越远，保护越弱。研究表明，机组人员因频繁暴露在巡航高度的高辐射环境中，患癌风险更高——高空大气层更薄，屏蔽作用更弱。
卡内基梅隆大学电气与计算机工程系首席系统科学家 Ken Mai 表示，太空中的高辐射会给电子设备带来三类问题。第一类是单粒子翻转：带电粒子撞击芯片和存储设备时会导致位翻转，破坏存储数据；第二类是累积性损伤：电子设备长时间暴露在电离辐射中，性能逐渐下降；第三类是永久性损伤：带电粒子有时会在芯片上物理性地位移原子，造成不可逆的破坏。
传统上，发射到太空的计算机需要经过多年测试，专门设计以承受轨道上的强辐射。但这种太空加固电子设备价格昂贵，性能也比地面最先进设备落后好几年，直接发射消费级芯片则是一场赌博。不过迪朗指出，尖端芯片使用的新工艺在默认情况下就比老一代系统更耐辐射。今年 3 月中旬，Nvidia 展示了包括一款新 GPU 在内的硬件，声称正在“将 AI 算力带入轨道数据中心”。
英伟达边缘 AI 营销负责人 Chen Su 告诉《麻省理工科技评论》：“英伟达的系统本质上是商用现货产品，辐射抗性是在系统层面实现的，而非仅仅依靠辐射加固的硅片。”他补充说，卫星制造商通过屏蔽、先进的错误检测软件以及将消费级设备与定制加固技术相结合的架构来增强芯片的抗辐射能力。
不过 Mai 指出，数据处理芯片只是一个方面。数据中心还需要内存和存储设备，两者都容易受到过量辐射的损害。运营商还需要在问题出现时有能力更换部件或调整配置。使用机器人或宇航员任务进行维护的可行性和经济性，是大规模轨道数据中心面临的一大悬而未决的问题。
“你不仅需要把一个满足当前需求的数据中心送上太空，还需要冗余、备件和可重构性，这样当东西坏了的时候，你可以改变配置继续工作，”Mai 说，“这是一个非常有挑战性的问题，因为一方面太空有免费的能源和电力，但也有很多劣势。这些问题完全可能超过把数据中心送入太空所获得的优势。”
除了日常维护之外，还有灾难性损失的风险。太空天气剧烈时，卫星可能被辐射淹没，全部电子设备被烧毁。太阳刚刚度过其 11 年周期中最活跃的阶段，对卫星的影响相对较小。但专家警告，自太空时代开始以来，人类还没有经历过太阳最猛烈的爆发。目前主导地球轨道的低成本新型太空系统能否扛住那一天，很多人表示怀疑。
太空垃圾
无论是泰雷兹阿莱尼亚航天公司设想的大型轨道数据中心，还是 SpaceX 提出的超大规模小型卫星星座，都让太空可持续发展专家头疼。地球周围的太空已经相当拥挤，仅星链卫星每年就要执行数十万次碰撞规避机动，以躲开碎片和其他航天器。太空中的东西越多，发生灾难性碰撞的可能性就越大，一旦碰撞发生，轨道上将充斥数千块危险碎片。
拥有数百平方米太阳能电池阵列的大型结构，很快就会被小块太空碎片和微陨石损坏，太阳能板性能随时间下降，同时产生更多碎片。轨道回收初创公司 Lunexus Space 的创始人格雷格·维亚勒（Greg Vialle）告诉《麻省理工科技评论》，在低地球轨道（2000 公里以下）运营一百万颗卫星，除非该区域所有卫星都属于同一个网络、能有效通信以互相规避，否则可能无法安全运行。
“一个轨道壳层大约能容纳四五千颗卫星，”维亚勒说，“算上低地球轨道的所有壳层，最多大约能放 24 万颗。”
航天器之间必须保持安全距离才能交错通过，避免碰撞。"你还得能把东西送到更高轨道再降回来进行离轨，所以卫星之间至少需要 10 公里的间隔，"他补充道，"像星链这样的超大星座可以排得更紧密，因为卫星之间互相通信。但除非是垄断经营，否则不可能在地球周围放一百万颗卫星。"
此外，SpaceX 很可能希望定期用更先进的技术升级轨道数据中心。每五年更换一百万颗卫星意味着轨道交通将更加繁忙。一群对 SpaceX FCC 申请提出异议的天文学家指出，这可能将碎片再入大气层的频率从目前每天三四块提高到大约每三分钟一块。一些科学家担心再入碎片可能损害臭氧层并改变地球的热平衡。
发射和组装
硬件在轨道上存活得越久，投资回报就越好。但要让轨道数据中心在经济上站得住脚，企业必须找到相对廉价的方式将硬件送入轨道。SpaceX 押注即将投入使用的星舰巨型火箭，载荷能力最高可达目前主力火箭猎鹰 9 号的六倍。泰雷兹阿莱尼亚航天公司的研究也得出结论：如果欧洲要建造自己的轨道数据中心，就必须开发同样强大的运载火箭。
但发射只是等式的一半。大型轨道数据中心装不进一枚火箭，即使是巨型火箭也不行，它需要在轨道上组装。这很可能需要目前尚不存在的先进机器人系统。多家公司已经用此类系统的前身进行了地面测试，但距离实际应用还很远。
迪朗认为，短期内更现实的路径是较小规模的数据中心。它们可以直接在太空中处理对地观测卫星拍摄的图像，无需传回地球，成为轨道基础设施的一部分。这对出售太空数据洞察的公司来说帮助很大——很多数据集体积极为庞大，通过地面站下传数据进行处理的竞争也日趋激烈。
“轨道数据中心的好处是可以从小型服务器起步，逐步扩大，”迪朗说，“你可以利用模块化设计，一步步学习，逐渐发展太空工业能力。技术我们都有，对太空数据处理基础设施的需求也很大，所以思考这个方向是有意义的。”
不过，较小规模的设施对缓解地面数据中心给地球水电资源带来的压力恐怕帮助有限。一些批评者认为，这个愿景可能需要几十年才能实现——如果它真的能落地的话。
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