太空数据中心：AI算力的革命性前沿

目前，谷歌的“太阳捕手计划”正与Planet Labs合作，目标是2027年发射原型卫星。另有报道称，OpenAI的奥尔特曼曾考虑收购火箭公司Stoke Space，而谷歌前CEO埃里克·施密特则收购了Relativity Space，部分原因正是出于对太空数据中心的兴趣；蓝色起源团队也在该领域进行了多年研究。

以下，让我们深入探讨这一曾被视为科幻的构想如何迈向现实。我们摘录了德意志银行及摩根士丹利研究报告中的关键观点。

卫星技术基础

卫星通常由两部分组成：卫星平台和有效载荷。

卫星平台是卫星的主体结构和支撑系统，相当于让卫星能在太空运行、维持轨道并抵御真空、辐射和极端环境的“载体”。核心组件包括物理框架、太阳能电池板、热管理系统、推进系统及光学终端。有效载荷则是执行卫星主要任务的专用设备。对于数据中心卫星(DCS)而言，有效载荷即GPU或TPU。

卫星平台与有效载荷可由单一厂商整合制造——如SpaceX的星链、亚马逊的LEO，也可采用分包模式。例如：初创企业Starcloud（原名Lumen Orbit）近期发射的卫星搭载了基于Astro Digital Corvus-Micro系列总线的英伟达H100芯片，用于运行大型语言模型。

为何要将数据中心置于太空？

随着人工智能推动计算需求激增，地面数据中心正面临能源、散热和延迟等结构性瓶颈。太空数据中心有望解决这些难题。

能源方面——在适宜轨道（如晨昏轨道）上，太阳能板可全天候获取免费太阳能，且因无大气层过滤，阳光强度比地表高出约40%。因此，运营商可在轨道上产生高达6-8倍的能量（利用持续可用性+更高辐照度），避免依赖昂贵复杂的地面电网，同时无需电池备份。

冷却——冷却系统在地面数据中心中能耗巨大，约占总能耗的40%，需要大量水和管道。英伟达创始人黄仁勋近期指出：在2吨重的GPU机架中，近1.95吨属于散热部件。而在太空环境中，只需在卫星背阳面安装被动散热器，即可将废热直接辐射至真空。

延迟问题——真空中的光学激光链路比地面光纤电缆速度更快，潜在提速40%以上。这是由于玻璃折射率及地面电缆路径非直线所致。同时，太空中卫星产生的数据量（如影像、气象数据）日益增加。目前，这些数据需下载到地球处理，速度慢且占用带宽。但通过将数据中心部署在轨道上（即“边缘计算”），处理过程可直接在太空中更快完成，仅需将结果传回地面。

可扩展性——据埃隆·马斯克透露，SpaceX目前占全球运载能力的90%。但随着可重复使用火箭普及，以及蓝色起源、Rocket Lab等发射服务商——包括中国加速发展，每公斤运载成本下降与总运力提升，将推动更大规模、更模块化的空间基础设施部署。

全球边缘连接——当规模化部署于最佳轨道时，太空数据中心理论上可提升分布式用户与边缘计算任务的连接效率。通过利用低地球轨道或混合轨道星座，可将计算资源置于距人口中心仅数毫秒延迟的范围内，显著降低时延。

主权与安全因素——另一个重要原因是主权与安全。近年来，许多地方社区抗议建设数据中心，且某些地区存在地缘政治风险。地面数据中心也易受物理攻击和自然灾害影响。

太空数据中心的挑战

尽管太空数据中心的理论优势明显，但在成本和工程层面仍存在关键挑战。

首先，火箭发射成本依然高昂。可重复使用的猎鹰9号商业发射标价约7000万美元，假设毛利率40%，实际成本仍达3000万美元，这意味着每公斤运载成本约1500美元。根据谷歌“太阳捕手计划”白皮书，发射成本需降至200美元/千克以下才具可行性，这有待SpaceX星舰进入常态化发射。

其次，热管理仍具挑战——尽管其成因与地面冷却不同。太空环境虽寒冷，却是真空绝缘体，热量只能通过辐射缓慢排出，无法通过对流快速散发。GPU功率密度高，会在小区域集中产热。要冷却大型AI集群，数据中心需配备巨型被动散热器面板。因此散热器设计必须取得突破，才能使太空数据中心可行。

第三，辐射会加速芯片老化。宇宙射线和高能质子可能持续轰击卫星。有趣的是，谷歌白皮书通过模拟发现：TPU逻辑核心对辐射耐受性较好，但HBM（高带宽内存）在较低辐射剂量下就会出现错误。简单解决方案如用铅或铝包裹服务器，但这会增加卫星质量。

第四，太空环境维护极不现实。因此卫星可能需要更高规格的“太空级”硬件以确保寿命，从而推高成本。虽然有人提议使用轨道转移飞行器（OTV）进行维护，但建造能执行复杂机动（如用机械臂更换部件）的飞行器成本过高。

马斯克的宏伟蓝图

德意志银行预测，到2025年底星链用户数将突破900万，实现同比翻番，展现强劲增长——该数据尚未计入移动网络运营商（MNO）渠道的D2D用户。

展望未来，马斯克透露星链将为数据中心开发V3卫星的改进版。据悉V3卫星配备高速激光链路，下行速率可达1Tbps，但因体积庞大必须由星舰发射。这些卫星将通过链路互联，并搭载机载计算设备处理数据后再传回地球。

本月早些时候，马斯克在X平台回应时提到每年部署100万颗卫星（每颗功率100千瓦），可实现每年新增100吉瓦的AI算力。若按V3卫星质量1200-2000公斤估算，这意味着需部署50-80万颗卫星。该数据令人瞩目。华尔街投行预测星链V4或V5代卫星将进一步提升体积与性能。作为参考，V3代设计容量已达V2迷你版的10倍。

此外，马斯克提出在月球建造卫星工厂（预计使用特斯拉Optimus人形机器人），并利用电磁轨道炮将卫星送至月球逃逸轨道，无需火箭推进。这是因为月球重力仅为地球六分之一且无大气层，从月球部署卫星所需能量更少。

马斯克认为这将推动AI算力突破100 TW大关，助力人类迈向卡尔达肖夫II级文明。II级文明常被称为“恒星文明”，指能掌控母星全部能量输出的社会，具备行星改造与星际航行能力（当然，对一個连财政赤字都难以平衡的星球而言，该目标或许过于乐观）。

市场影响

从总体潜在市场规模来看，德意志银行认为数据中心卫星为火箭发射服务商和卫星制造商带来了全新增量机遇。

鉴于超大规模科技企业资本雄厚，若有意愿可轻松资助未来部署——这曾是某些低轨道宽带星座项目（如Rivada）的资金隐患。初期部署规模预计较小，旨在验证工程与经济可行性——预计在2027-28年启动。若成功，卫星星座规模将在2030年代逐步扩展至数百乃至数千颗。

在德意志银行的报告中，初步筛选显示有三家上市公司有望受益于太空数据中心的兴起，包括：

Planet Labs——该公司正与谷歌合作开发原型卫星，计划于2027年发射测试TPU散热及编队飞行等功能，最终构建轨道人工智能集群。公司管理层强调这是竞争性项目，彰显其大规模低成本卫星生产能力，该公司已建造、发射并运营超过600颗卫星。

Rocket Lab——该公司可通过多种方式支持数据中心卫星部署，包括利用“中子号”（Neutron）火箭发射卫星，更重要的是，它可以利用自有卫星平台大规模制造卫星，并在内部生产关键组件，如高效太阳能电池板及激光光学终端（通过即将完成的收购实现）。

直觉机器(Intuitive Machines)——通过拟收购Lanteris公司，德银认为直觉机器将获得可搭载GPU/TPU有效载荷的卫星平台。Lanteris在制造高功耗散热卫星方面经验丰富，其1300 GEO系列卫星可产生20千瓦以上电力，并采用先进散热器和热循环系统处理高功率电子设备的热量。未来，该公司可能需要将此类能力转移至300 LEO系列，或打造专为DCS设计的新平台。

摩根士丹利则重点关注了多家未上市企业，若太空数据中心概念在近期获得验证，这些企业可能很快上市。

Starcloud——Starcloud是一家位于华盛顿州的初创公司，由Philip Johnston(首席执行官)、Ezra Feilden(首席技术官)和 Adi Oltean(首席工程师)于2024年创立。公司使命是部署轨道数据中心，利用丰富的太阳能、被动辐射冷却和太空规模的基础设施，为AI和云计算工作负载提供服务。根据PitchBook数据，在Y Combinator、NFX、FUSE VC 等加速器和种子投资者，以及Andreessen Horowitz和红杉资本等基金的支持下，他们已筹集超过2000万美元的种子资金。

Axiom Space——这是一家总部位于休斯顿的商业航天基础设施公司，由Michael T. Suffredini与Kam Ghaffarian于2016年创立。该公司正开发“轨道数据中心”（ODC）产品线，计划于2025年底前将首批两个自由飞行ODC节点送入近地轨道。这些节点旨在为商业、民用及国家安全客户提供安全的云端数据存储与处理服务，通过与开普勒通信公司、Spacebilt公司等合作伙伴建立光学星际链路及太空服务器系统。据PitchBook数据显示，该公司已从Type One Ventures、Deep Tech Fund Advisors等投资者处筹集逾7亿美元资金。

Lonestar Data Holdings——Lonestar Data Holdings是一家总部位于美国佛罗里达州的公司，成立于2018年左右，由首席执行官Christopher Stott领导。该公司致力于开发月球及太空数据中心基础设施。例如，其“自由号”（Freedom）载荷已搭乘猎鹰9号火箭，随直觉机器的Athena号月球着陆器发射，以创建首个商业月球数据中心。