探索太空碳中和数据中心：迈向绿色算力新时代

浙江大学与新加坡南洋理工大学携手，探索空间碳中和数据中心的可行性。太空环境具备两大独特优势：丰富的太阳能可为计算设备提供清洁稳定的电力；深空环境则提供了理想的散热条件。研究团队提出两种实施方案：一是在遥感卫星上集成AI加速器，构建“轨道边缘数据中心”；二是组建计算卫星星座，形成“轨道云数据中心”。同时，建立了太空云数据中心全生命周期碳效率评估体系。

随着空间技术与信息技术的迅猛发展，可持续性压力日益凸显。近地轨道正被大规模卫星星座快速占据，这些卫星在通信、遥感等领域持续产生海量数据。同时，AI与HPC等技术的快速发展，驱动了全球能源密集型数据中心的建设浪潮，导致电力消耗与碳排放急剧增加。

传统的数据处理模式，即将数据下行传输至地面处理，不仅引入通信延迟，还加重了地面数据中心的能源与环境负担。因此，探索一种能够从源头处理数据、降低碳排放的新型计算基础设施架构变得至关重要。

浙江大学针对近地轨道数据爆炸性增长与地面数据中心碳足迹高昂的挑战，首次系统性地提出了在太空中构建碳中和数据中心的完整技术框架与评估体系。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41928-025-01476-1

该框架的可行性基于太空环境提供的两大可持续性优势：近乎无限的太阳能资源，以及极致的散热条件。利用这些优势，可以实现计算散热的“零水耗”、“零能耗”与“零碳排放”。

核心框架

研究的核心贡献在于构建了一个层次化的“轨道数据中心”技术框架，包含两个相互补充的组成部分。

轨道边缘数据中心

该框架旨在将现有数据采集卫星升级为具备星上智能数据处理能力的计算节点。通过在卫星上集成数据传感器、AI加速器、太阳能电池阵及高效热管理子系统，实现“在轨信息提取”，极大缓解下行链路带宽压力，降低数据传输延迟。

轨道云数据中心

该框架构想了一个分布式计算卫星星座，由部署在近地轨道的计算卫星组成。每颗卫星搭载高性能服务器和高速通信功能，具备双重服务能力：作为算力池处理复杂任务，以及作为碳中和外包计算平台优化全局碳效率。

评估创新：全生命周期碳利用效率模型

研究团队创新性地提出了“全生命周期碳利用效率”这一评估指标，以科学、公正地评估轨道数据中心的环境效益。该模型涵盖制造、发射、在轨运行及寿命终结处置等所有环节的碳排放。

初步建模分析表明，尽管轨道数据中心在制造和发射环节会产生碳排放，但其在轨运行期间的碳中和优势使全生命周期碳效率有望超越中等碳强度电网的地面数据中心。

挑战与展望：技术突破与未来绿色算力新范式

研究分析了实现这一蓝图面临的技术与经济挑战。首要技术瓶颈是太空辐射环境对服务器可靠性的威胁，需发展抗辐射加固技术。其次是经济可行性挑战，高昂的初始资本投入是规模化部署的主要障碍。

尽管如此，小规模的轨道边缘计算已进入技术验证与初步商业探索阶段。而轨道云数据中心作为长远目标，有望牵引空间技术的协同突破，为构建绿色算力基础设施奠定基础。

总结

这项发表于Nature Electronics的视角文章，首次系统性地勾勒了天基计算基础设施的完整架构蓝图，并建立了与之配套的全生命周期环境效益评估方法论。

它不仅为高效处理太空数据提供了创新性解决方案，也为破解地面数据中心的高碳困境提供了前瞻性思路，为未来可持续计算技术的发展指明了方向。

第一作者

阿卜力米提·艾力博士是浙江大学特聘研究员及共同通讯作者之一。他自美国科罗拉多大学获得机械工程博士学位后，又获新加坡南洋理工大学“校长博士后研究员”称号。研究方向涵盖工程热物理、绿色数据中心等。

参考资料

https://www.nature.com/articles/s41928-025-01476-1