“太空數據中心”真的靠譜嗎？

當前，在人工智能熱潮的驅動之下，OpenAI、谷歌、微軟、Meta、亞馬遜等全球眾多的頭部科技公司都在大肆新建AI數據中心，但是他們也正面臨著能源供應上的困境，甚至需要自建發電廠來保障能源供應。這也使得不少中國和美國等航天大國，以及頭部的科技公司紛紛將目光瞄向了擁有幾乎無限太陽能的太空，希望在太空建設數據中心。

太空數據中心即將進入實際部署階段

太空數據中心是一種通過在軌交會對接搭建平方公里級大型航天器的計算設施?，采用模塊化設計，主要部署于700-800公里晨昏軌道甚至月球表面，旨在利用太空當中取之不盡用之不竭的太陽能來作為能源，并且可利用太空低溫環境來解決數據中心關鍵的散熱問題。

自去年以來，太空數據中心概念持續升溫。特別是近幾個月來，隨著特斯拉及SpaceX CEO埃隆·馬斯克多次公開談及太空數據中心計劃，太空數據中心概念也是持續火爆。

2025年5月，中國太空計算衛星星座“三體計算星座”成功發射并進入組網以來，已有12顆計算衛星在軌運行超過半年。“三體計算星座”還將在2026年攜手多家衛星企業共同完成超50顆計算衛星的星座布局，進一步推動人工智能在太空的應用與發展。

2025年10月，AI 云端服務公司Crusoe宣布，將與太空數據中心新創企業Starcloud 攜手，把英偉達（NVIDIA）的AI芯片送上軌道，打造全球首個“太空AI數據中心”。

Crusoe聯合創始人、總裁兼首席運營官Cully Cavness表示：“我們相信太空最終將對計算的未來至關重要，因為它能夠為人工智能基礎設施的關鍵擴展瓶頸——獲取充足、穩定且清潔的能源——提供新的解決方案。自成立以來，Crusoe一直專注于將計算基礎設施與新型能源資源相結合。通過與Starcloud合作，我們將把這種以能源為先的理念從地球擴展到下一個前沿領域：外太空。”

據介紹，據介紹，首批H100 GPU 已預定于2025年11月隨衛星升空，開啟真正意義上的“太空AI”時代。但目前并未有進一步的信息。

埃隆·馬斯克于2025年11月初在“X”平臺上公開表示，SpaceX計劃通過擴大其未來的Starlink V3衛星在太空中部署數據中心，這些衛星具有高速激光鏈路。馬斯克在回應關于建立自主空間數據基礎設施可行性的討論時寫道：“SpaceX將這樣做”，表示使用升級的星鏈衛星作為軌道數據中心基礎的想法是該公司長期路線圖的一部分。

2025年12月，馬斯克證實，SpaceX的太空人工智能數據中心計劃是2026年SpaceX首次公開募股（IPO）的關鍵理由之一。馬斯克解釋說，在軌道上部署數據中心，或建造能夠承載人工智能芯片等計算資源的衛星，將需要“大量現金”，而IPO將為這些雄心壯志提供資金。

馬斯克甚至展望了更遠的未來，要達到每年100太瓦的產能，就需要在月球上制造衛星，用質量投射器發射。因為月球逃逸速度只有2500米每秒，又沒有大氣層，質量投射器可以完美工作。

2025年1月22日，在瑞士達沃斯舉行的世界經濟論壇（WEF）年會上，馬斯克再度指出，隨著AI 芯片生產的指數增長，電力供應卻未能跟上，這將影響AI 數據中心的效率，阻礙了AI 模型的訓練和部署。但是在太空部署數據中心，則可以通過太陽能來很好的地解決能源供應問題。

“在太空建造太陽能AI數據中心，是一件不用多做考慮（no brainer）的事情。你只要將太陽能板對準太陽、再把散熱器指向太陽以外的地方，接下來就只剩散熱的問題。”馬斯克說，“未來三年內，建設AI基礎設施成本最低的地方，就是太空。”

2026年1月中旬，美國國家航空航天局（NASA）宣布，已經成功完成月球門戶（Gateway）空間站關鍵模塊“動力與推進元件”（Power and Propulsion Element，PPE）的重要測試，成功驗證了該元件的正常運行，配套的太陽能電池陣列也已完成，最高可輸出60kW電力，為后續在月球軌道執行長期深空任務奠定能源基礎。這一消息也為近期持續火爆的“太空數據中心”話題，增添了新的熱度。

可以說，當前太空數據中心已從技術驗證開始即將進入商業化星座部署階段。

太空數據中心有何優勢？

1、近乎無限的物理空間

相對于在地面建設數據中心來說，需要購買大片的土地并建設廠房，或者租用大片的廠房，這都需要投入一筆不菲的資金。但是在太空上，理論上是沒有空間限制的，可以在近地軌道或月球表面擴展超大規模設施，無需支付高昂的地價費用。

2、太空中太陽能的高效利用

在太空中，由于無大氣及其他阻擋，太陽輻射強度恒定為 1360 W/m2（太陽常數），理論峰值是地面的4.5倍以上。如果將太陽能電池板部署在同步軌道上，全年發電時間占比可達 99%以上，幾乎可以實現24小時持續高效發電（即便是近地軌道衛星，也可實現90分鐘繞地球一圈，日照占比也超六成）。而且由于是真空環境，太陽能電池板也不會受到灰塵覆蓋影響而降低效率。結合太陽輻射強度與日照時間，太空中單位面積太陽能電池板的年發電量約為地面的 8–12倍（具體取決于軌道類型）。

當前最先進的太空太陽能電池的典型發電效率可達32%左右，那么太空中每平方米光伏可以產生約435W電力。假設電源轉換總損耗約13%，那么經過電源轉換后的可用電力為378 W/m2。

在太陽能發電到電力驅動GPU/ASIC的整個流程中，最終會產生很多熱量，需要散熱器全部排出這些熱量，但在太空中只能靠輻射散熱，而輻射板效率不可能做到 100%，可能需要電力驅動額外的散熱部件，若接入計算設備會有額外損耗（電源、穩壓、局部溫升），最終的實際有效可用功率估計為250?330W/m2，取個中間值來看，太空數據中心每平方米光伏板，最終能用來跑計算的電能約為300W左右。

假設一個小型太空數據中心需要 1 MW 可用計算電力：

所需光伏板面積：=1,000,000/300=3333m2

這相當于：一個 50m × 70m 的大型太陽能陣列，比國際空間站（ISS）的太陽能板小約 40%（ISS 約 2500㎡）。

如果是要部署更大規模數據中心，比如10MW 級，那就需要33,333 m2，這仍然可行，這相當于一個足球場大小，當前展開式太陽能結構技術（如 ROSA）完全能做到。

3、太空太陽能電池技術已滿足需求

在太空太陽能電池發電技術上，早期衛星使用硅電池，效率只有約15%。現在主流是三結砷化鎵電池，其將太陽光譜分解成三個波段并由不同材料層吸收，最高效率已超過32%，成為當前高功率航天器的標準選擇。

目前，太空太陽能電池也正在向更多結發展：四結、五結甚至六結電池正在研發中，旨在進一步拓寬光譜吸收范圍，理論效率可突破40%。同時，倒置變形多結電池等技術提高了材料的柔性，為新一代輕質板奠定了基礎。

在太陽電池結構設計方面，相較地面太陽能系統，太空太陽能由于不受天氣影響，也不需要使用玻璃等防護結構，設計正向著柔性輕質陣列發展。

目前太空太陽能電池板的結構設計圍繞兩個關鍵因素構建：體積和可靠性。因為面板的尺寸會影響發射成本，而長期可靠性則需要以抵御太空惡劣環境，包括溫度變化、輻射和微流星體撞擊。由于地面標準設計產生的太陽能電池板既剛性強、體積大、重量大、操作復雜、發射上太空的成本也相對更高，能夠產生的電力也相對有限。所以，Gateway空間站的太陽能電池陣列采用的是全新的展開式太陽能陣列（Roll-Out Solar Array，ROSA）設計，基于柔性太陽能電池板與復合材料，具有設計緊湊、價格實惠、自主展開的優勢。

因此，在發射升空時，ROSA可像地毯般卷起收納，可大幅降低體積與重量，同時保持較大的表面積；進入太空后，則可自動展開形成大面積受光結構，在不增加發射負擔的情況下，支撐高功率輸出需求。此外，ROSA可擴展且模塊化，DSS設計靈活，能夠滿足各種任務需求。ROSA可以縮小以適應小型衛星應用，也可以做得非常龐大以適應深空任務。

△太空行走者謝恩·金布羅和托馬斯·佩斯凱特在國際空間站的主太陽能電池板面前顯得微不足道，他們正努力完成在P-6桁架結構上展開式太陽能電池板的安裝。

在太空部署時，傳統大型太陽電池陣列多依賴馬達驅動展開，系統復雜且需要額外電力與人為控制介入。ROSA 則利用復合材料中儲存的應變能，類似彈簧釋放能量的原理自動展開，減少機械元件數量，提升整體展開可靠度，特別適合長時間、無人值守的深空任務。

據介紹，盡管ROSA比傳統太陽能電池陣列小，但性能優異，每塊電池板可產生超過30kw的功率，具體取決于尺寸。ROSA使用高效太陽能電池，未來版本甚至會嘗試使用聚光器以提升其性能。此外，復合材料吊臂具備結構剛性，能夠承受動態環境、多種頻率以及碎片或微流星體碰撞，為長期任務提供可靠性。

4、或可大幅減少當前的散熱部件

太空背光面接近絕對零度（低至-270°C），因此在太空中部署數據中心，無需像地面數據中心那樣同樣需要大量能源驅動的水冷/風冷散熱系統，或可降低冷卻成本。

5、降低網絡延遲，覆蓋全球邊緣區域

太空數據中心本質上是一個分布式的超級計算機。成百上千顆衛星需要像地面機房里的服務器一樣高速互聯。星間鏈路（Inter-Satellite Links, ISL）作為這一架構轉型的核心物理層技術，不再僅僅是衛星通信的輔助手段，而是構建天地一體化信息網絡的骨干神經。

傳統的衛星通信模式嚴重依賴于衛星與地面站（Gateway）之間的頻繁交互。在這種架構下，衛星本質上是一個太空中的信號中繼器，其數據傳輸受限于地面站的地理分布、可視時間窗以及頻譜資源的可用性。這種“星地依賴”模式在面對全球覆蓋需求時顯得捉襟見肘，特別是在海洋、極地以及地緣政治敏感區域，地面站的部署往往面臨物理或政治上的不可行性。

星間鏈路技術的引入，徹底打破了這一桎梏。通過在衛星之間建立直接的數據傳輸通道，ISL 使得數據可以在太空中進行多跳路由，從地球的一端傳輸到另一端，而無需經過地面中轉。這不僅極大地降低了對地面基礎設施的依賴，實現了真正意義上的全球無縫覆蓋，還通過光速在真空中的傳播優勢，實現了比地面光纖網絡更低的端到端時延。

星間鏈路的物理層實現主要分為射頻（RF）鏈路和光學（Laser/OISL）鏈路兩大類。盡管射頻技術在航天領域有著長達半個世紀的成熟應用，但隨著對帶寬需求的指數級增長，物理層特性的限制使得激光通信（OISL）逐漸成為下一代大規模航天領域應用的必然選擇。

6、高安全性與業務連續性

太空設施難以被物理破壞或人為惡意入侵，更不受地震、洪水、戰爭等地面風險的影響。

7、綜合成本僅地面的5%？

雖然太空數據中心無需散熱系統，但是將所需的核心芯片、太陽能電池板等諸多其他必須零部件送上太空并組建到足夠大的規模，在當前依然成本非常高昂，且非常耗時。

不過，馬斯克認為，一旦SpaceX的星艦實現完全可重復使用，每次發射的邊際成本可能只有100萬美元左右（星艦的載荷為100噸）。如果按照每噸100千瓦的功率密度計算，理論上每年發射100萬噸載荷就有望實現每年100GW的太空AI算力。

只要發射成本能夠大幅降低，再算上省掉的土地及建筑成本、散熱成本、能源成本（僅需太陽能電池板）以及低運維成本，在太空建數據中心顯然比地面更具成本效益。

根據Starcloud的測算顯示，一個40兆瓦級集群10年總擁有成本（運營成本）約為約820萬美元，而地面對應系統約1.67億美元。

太空數據中心面臨的挑戰：

1、發射成本問題

雖隨火箭回收成本正在降低，但目前仍達每公斤數千美元。即便SpaceX獵鷹9號火箭將低軌發射成本降至 約1,500美元/公斤（2023年數據），但一個標準機架（約500公斤）僅發射費用即需 75萬美元。

參考國際空間站（ISS）歷史數據：部署和維護1千瓦電力系統的太空成本約 100萬-200萬美元，而地面數據中心1千瓦建設成本僅 2,000-5,000美元（相差500倍以上）。

如果馬斯克的星艦真的能夠將每噸發射成本降低到1萬美元，那么這個問題將迎刃而解。

但是，每次發射成本約 100 萬美元只是馬斯克的一個“長期極限目標”（long-term aspirational goal），而且前提是：發射完全可重復使用（Super Heavy + Starship）、熱盾重復使用次數極高、發動機量產成熟+成本下降兩個數量級、生產規模達到每年幾百到幾千臺猛禽發動機。顯然，這些是遠期愿景，而不是可立即達到的水平。

2、抗輻射問題

電子器件在太空環境中容易被宇宙射線干擾甚至損毀，因此芯片要想在太空中正常工作，需要實現抗輻射功能，制造成本極高。當前太空級抗輻射芯片價格可達地面同類產品的 10-100倍。

具體來說。太空 AI 芯片的選擇上需要充分考慮高能輻射影響，技術路線上分為兩種：

一種是使用特殊半導體工藝（如 SOI 絕緣體上硅）和加固設計（如三模冗余電路），從物理底層設計上抵抗輻射。但是缺點也較為明顯，制程相對落后，與當前 AI 算力芯片差距較大。

另一種是在現有芯片基礎上，提升軟硬件容錯，或也是太空數據中心的主流路線。直接使用地面的高性能算力芯片通過軟件算法和系統架構解決輻射問題。技術原理上，通過冗余設計增加芯片數量同時計算（TMR），一旦某顆芯片結果不一致就進行重啟。

另外，利用 AI 算法本身的魯棒性（神經網絡對少量權重錯誤不敏感）來容忍比特翻轉。同時，利用內存清洗（Scrubbing）技術定期修復翻轉的比特。此外，Google 的 Suncatcher 計劃明確提出使用 TPU 進行在軌計算，測試顯示其 v6e TPU在經歷相當于 5 年的輻射劑量后仍未出現硬件故障，不過內存（HBM）亞系統是相對敏感的。

當然，如果市場對于抗輻射芯片的需求量足夠高，那么其成本也有望大幅降低。

3、散熱問題

在地球上，散熱主要通過傳導（接觸散熱器）和對流（空氣或液體流動）。在近乎真空的太空中，雖然背光面溫度可以達到絕對零度（低至-270°C），但是沒有空氣，對流和傳導幾乎不存在，熱量散失的唯一方式是 “熱輻射” —— 即設備以紅外線的形式將熱量直接輻射到宇宙中，這個過程相對緩慢，效率取決于物體的溫度（與絕對溫度的四次方成正比）和表面的發射率（越黑、越粗糙，輻射效率越高），所以其散熱設計挑戰與地面完全不同。

因此，太空數據中心內部芯片產生的熱量，必須通過一套極其高效的內部冷卻系統（很可能采用泵送液態金屬或特種冷卻液）收集起來。然后，這些熱量需要被傳遞到外部的輻射散熱板上。這個過程本身需要能量和復雜管路。輻射散熱板的面積必須足夠大，因為輻射散熱效率相對較低。一個大功率數據中心可能需要像足球場那么大的輻射板。

不過，還有一種激進的散熱技術——液滴散熱器（Liquid Droplet Radiator），即直接將熱的液滴噴射到太空中，液滴在飛行過程中輻射散熱，冷卻后再被收集器回收。這種方式可以獲得巨大的表面積-質量比，是解決 GW 級散熱的潛在終極方案，但面臨液滴損失和污染的風險。

雖然這些方案會帶來成本的上升，但是從更長的生命周期來看，相對于地面上需要通過增加額外能源消耗來驅動的“風冷”或“液冷”散熱方案來說，成本依然會更低。

4、維護問題

地面數據中心故障，可以第一時間通過地面工程師進行修復，但是太空數據中心的維修顯然非常困難，軟件問題雖然大部分可以通過備份系統或通過遠程網絡解決，但如果是物理問題，就難以派人上太空進行修復，因此需要超高可靠性設計和冗余硬件系統。

5、備用能源

太空數據中心通過太陽能供電，如果在近地軌道，會受軌道陰影期影響，因此需搭配備用的儲能系統才能連續工作，這也會帶來成本的上升。

6、通信限制

在通信方面，數據中心對于數據的吞吐量非常的高，雖然星間鏈路技術的引入，可以解決衛星之間的通信，但是最終數據是需要為地面服務，而當前的地空通信帶寬有限（星鏈單星帶寬約20Gbps，遠低于海底光纖的Tbps級）。

當前可行的是解決方案是，使用極窄的激光光束，其優勢在于帶寬極高（可達每秒數百Gb甚至Tb量級），抗干擾能力強，且不受無線電頻譜管制。但是，這對指向精度要求更高（微弧度量級），且完全無法穿透云層，必須選擇晴天地面站或使用空中/軌道中繼。所以，需要結合激光星間鏈路組成太空骨干網，數據在軌路由，只在最優地點下傳至地面。地面則采用多個分布式小型天線組成的陣列來替代單個巨大天線，降低成本，提高可靠性。

此外，為了降低地面和太空數據中心的數據傳輸帶寬壓力，可以在衛星發射時通過物理介質的形式將數據送入太空，而在數據需要下傳至地面時，需要進行預處理和智能壓縮，只將最有價值的結果數據下傳，從根本上減少需要傳輸的數據量。

7、安全問題

太空垃圾增多可能引發軌道碰撞連鎖反應。

總結：

太空數據中心的構想，將人類兩個最前沿的科技領域——人工智能與航天工程——緊密聯結，描繪了一幅利用宇宙無限能源與空間來突破地球算力與能源瓶頸的宏偉藍圖。

太空數據中心的優勢是顛覆性的：近乎無限的太陽能、天然的極低溫散熱環境、龐大的軌道空間資源，以及構建全球無縫低延遲網絡的潛力。這些優勢直擊地面數據中心面臨的能源、土地、散熱和網絡覆蓋的核心痛點。

但是，天文數字般的發射成本、苛刻的輻射防護要求、復雜的太空散熱工程，以及難以在軌維護、天地通信帶寬限制，也都是需要去持續攻克的難題。

從當前的進展來看，太空數據中心已經開始從技術驗證逐步走向了實際部署的進程當中，但在大算力的部署上仍面臨很多挑戰，經濟上也尚未形成閉環。它當前的核心價值，可能在于服務那些具有“太空原生”屬性的需求，如在軌數據處理、全球邊緣計算覆蓋等特定場景。

在芯智訊看來，由于依然存在的技術和成本的限制，短期內的太空數據中心的部署可能還是會局限于相對較小型的規模（低于1 MW），考慮降低能耗、散熱負擔和成本壓力，在太空數據中心部署針對特定計算任務更高效的ASIC芯片，遠比部署通用GPU更合適。

至于太空數據中心未來能否真正成為AI算力的主流基礎設施，不僅是一場圍繞成本、可靠性與效率的硬核科技馬拉松，更將是對人類大規模航天工程運營能力的一次終極考驗。雖然理想已經照進現實，但前路注定是星辰與荊棘并存。

編輯：芯智訊-浪客劍

部分資料來源：NASA、Starcloud、weforum、金元證券