数据中心上太空，4000000平方米太阳能板

虚拟语气

在太空部署数据中心！天基AI算力网络正在成形-电子工程专辑

随着AI算力需求不断增长，以及与之带来的能源和碳排放发展瓶颈，AI算力网络建设正奔向太空。

近日消息，今年8月，总部位于美国华盛顿州雷德蒙德的初创公司Starcloud，将把一台冰箱大小的卫星装入即将前往太空的火箭。这颗卫星将搭载英伟达H100芯片，成为全球首颗搭载该芯片的卫星。

Starcloud的目标是建设首个千兆瓦级别的数据中心，该数据中心将由4平方千米的大型太阳能电池阵供电，并通过激光与现有的卫星互联网星座（如SpaceX的Starlink和亚马逊的Kuiper）进行通信。

实际上，在今年5月，我国就成功发射了三体计算星座的首批12颗计算卫星，标志着全球首个“太空计算星座”的正式进入组网阶段。该星座由2800颗算力卫星组成，计划在未来几年内逐步建成，形成强大的太空计算基础设施。

而欧盟委员会也曾委托Thales Alenia Space进行轨道数据中心的可行性评估，并且该研究的结论是积极的。预计在2030年前，欧盟将设计出一个50千瓦的轨道数据中心概念验证。与此同时，欧洲航天局也在研究能否开发类似星舰的新型火箭，专为轨道数据中心服务。

目前，SpaceX、亚马逊、NTT等全球科技巨头也早已积极进行太空数据中心的初步尝试与探索，尽管这一领域仍面临诸多挑战，但其潜力巨大，正逐步从科幻走向现实。
为什么要建太空数据中心？

太空数据中心是指在太空中运行的数据中心，可提供数据存储、处理和传输等服务，以满足太空探索和任务需求。太空数据中心通常由航天器或空间站上的计算机设备组成，这些设备可以在太空环境下运行，并能够处理和存储大量的数据。

图表1：典型2N数据中心机架的总拥有成本（TCO）拆分

相比于传统地面数据中心，太空数据中心能够显著降低电力成本和运营成本。据相关研究分析，数据中心的电力成本通常占其整体支出的20%至60%。其中，IDC服务商的电力成本占整体支出的20%，而数据中心运营成本中，电力成本占比高达60%。这表明，降低电力成本是数据中心降本增效的关键。

IEA预测，到2030年，全球数据中心的电力需求将增长一倍以上，达到约945太瓦时（TWh），而AI应用将是这一增长的主要驱动力。同时，高盛预计，到2030年，全球数据中心电力需求将比2023年增长160%-165%，从占全球总电力需求的1%-2%上升到3%-4%。

为了应对这一挑战，科技巨头如谷歌、Meta和微软已宣布了巨额的AI相关资本支出，而亚马逊预计今年资本支出将增加1000亿美元。然而，AI数据中心的电力需求增长还对碳排放目标构成威胁。国际能源署（IEA）预测，到2035年，数据中心的电力消耗将导致二氧化碳排放量从目前的1.8亿吨增加到3亿吨。

相对而言，太空数据中心能够利用太阳能进行全天候供电，而太阳能在太空中的发电效率远高于地面。Lumen Orbit估算，太空数据中心的能源成本仅为地面的22倍。此外，太空中的太阳辐照度比地面高出40%，这意味着太空数据中心可以以更低的成本获得更多的电力。

同时，太空环境接近绝对零度（-270℃），这使得数据中心无需额外的冷却系统即可维持设备运行。相比之下，地面数据中心的冷却系统耗能占总能耗的35%。太空数据中心通过辐射散热即可满足需求，无需额外的冷却设备，从而大幅降低能耗。

此外，太空数据中心不受土地资源限制，可以在3D空间中任意扩展。Thales Alenia Space就计划在轨建造一个组合式数据中心，由13颗卫星构成，总尺寸为200*80米。数据中心规模是国际空间站的两倍大小。这种模块化设计使得数据中心可以快速部署和扩展，满足未来算力需求的增长。

而且，太空数据中心的建设成本虽然初期较高，但长期来看，其运营成本远低于地面数据中心。以10年为例，太空数据中心的运行成本仅为地面数据中心的1/22。

当然，太空数据中心的建设也存在不小的挑战，主要体现在：一是技术瓶颈。散热难题——100千瓦数据中心需网球场大小的散热器，千兆瓦级需足球场规模；辐射风险——太空高能粒子可能损坏电子元件，需额外加固成本。

二是经济可行性。单颗卫星发射成本约250万美元（含SpaceX拼车费用），大规模部署需超10亿美元投资。

三是法律与伦理争议。大规模轨道数据中心可能形成"电磁屏障"，干扰天文观测，且太空资源分配尚无国际法规。
航天领域AI算力需求爆发式增长

当前，算力资源已成为科技竞赛的战略性资源。而“数据爆炸”驱动算力上太空，这一趋势正成为全球航天和人工智能领域的重要发展方向。

随着卫星数量的激增、观测精度的提升以及AI技术的广泛应用，太空数据的生成速度和规模呈指数级增长。传统的“天数地算”模式（即数据在太空中采集后，再传回地面进行处理）已难以满足实时性、高效性和成本控制的需求。根据相关数据，传统卫星数据传输受限于带宽和窗口，如太阳观测卫星每天产生500GB数据，仅20GB可回传。因此，将算力直接部署到太空中，实现“天数天算”（即数据在太空中处理）成为解决这一问题的关键路径。

据悉，Starcloud公司的轨道数据中心的耗电量仅为1千瓦，计算能力远远低于地面的巨型数据中心，仅能运行谷歌Gemini或OpenAI GPT的简化版本。不过，它仍将成为轨道上最强大的计算机，其性能是现有国际空间站和其他卫星计算能力的100倍。

尽管鉴于技术挑战、发射成本和维护难度，AI科技巨头短期内不太可能将计算任务转移至太空，但已在太空开展业务的主体将成为首批轨道数据中心最可能的潜在客户。通过卫星追踪天气、失联飞机及气候变化的企业、政府和研究机构，可利用天基计算机在轨道上快速处理数据，再将其传回地球。

这意味着，太空数据中心不仅有初期应用市场为“数据上天”提供业务支持，同时也将有助于提升卫星全生命周期经济效益产出。其中，气象监测、灾害预警、气候变化研究、航天器跟踪等领域，可直接受益于轨道计算能力，减少数据传输延迟，提高处理效率。

2025年5月14日，中国成功发射了全球首个太空计算星座，由12颗卫星组成，标志着中国在太空计算领域迈出了重要一步。该星座实现了80亿参数AI模型在轨运行，单轨卫星每秒5000万亿次联合算力，大幅提升了数据处理效率。

除了商业应用，太空数据中心在军事上的应用也值得关注。美国实时地理空间情报提供商BlackSky利用其AI卫星使得情报决策进入“分钟级”时代。BlackSky从卫星拍摄到AI生成分析报告仅需90分钟极速响应，比传统流程快8倍。该公司已获得美军订单，为驻欧陆军提供每小时更新的俄乌边境装甲部队动态。从军事的角度，太空数据中心将颠覆传统高成本侦察卫星模式，重新定义太空侦察。

对于太空数据中心发展前景，天风证券认为，太空数据中心对应市场空间包括硬件/基础设施建设+太空数据中心云服务市场，硬件先行，服务有望打开长期成长空间。该机构此前预测，2027年太空数据中心对应的硬件设备市场空间为366.3亿美元。NSR（Northern Sky Research美国北方天空研究机构）预计2021-2031年卫星云服务能够累计创造310亿美元收入。
大规模太空数据中心未来5-10年成形

大规模太空数据中心在未来5-10年内成形的可能性正在逐步增强。尽管目前仍处于早期探索和测试阶段，但技术可行性、商业化路径和能源优势已经显现。

过去几年，全球科技巨头已经在太空数据中心领域进行了初步尝试与探索。尽管面临技术、成本和法律等多方面的挑战，但太空数据中心在能源效率、低延迟和可持续性方面的优势使其成为未来算力网络的重要方向。

2021年，人类在太空中建立了第一个常规数据中心——HPE Spaceborne Computer-2。微软是参与者之一。微软还与Sierra Space合作建设太空云计算基础设施，推动卫星和设备之间的通信。

而亚马逊的AWS Ground Station提供卫星通讯和数据处理服务，节省了客户80%的运营成本。SpaceX的Starlink项目不仅提供全球互联网接入服务，还计划在未来逐步叠加计算能力，为太空数据中心提供基础支持。更为关键的是，SpaceX的可重复使用火箭技术大幅降低了发射成本，为太空数据中心的商业化提供了可能性。

值得一提的是，美国新兴商业空间站开发商Axiom公司的计划与Starcloud公司类似。该公司计划在今年年底前发射两个轨道数据中心节点，这些节点将使用CPU和GPU芯片，能够运行简化版本的AI模型，服务于军事和商业通信客户。同时，Axiom目标到2030年把数据中心规模扩大到100千瓦。

而谷歌前首席执行官埃里克·施密特在今年4月购买了一家火箭公司Relativity Space的控股权，目的是将数据中心送入轨道。而亚马逊集团创始人杰夫·贝索斯也认为数据中心是属于太空的长期产业之一。

美国军方同样对轨道计算表现出浓厚兴趣，拟用于增强天基侦察、通信与未来武器系统的能力。

未来，随着AI技术的快速发展和太空探索的深入，算力上太空将成为未来太空经济的重要组成部分。预计未来几年内，全球将建设覆盖全球的天地一体化智能算力网络，为太空探索、地球观测、智慧城市等领域提供强大支持。此外，太空计算还将推动太空旅游、自动化采矿、太空居住等新兴领域的快速发展。

正如天风证券此前预言，“太空数据中心正迎来从0到1的黄金机遇期”，其正从科幻进入到现实的临界点，在清洁能源利用、实时数据处理和深空探索支持等领域展示其广阔的前景。