今年 1 月，馬斯克的 SpaceX 向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）提交了一份申請(qǐng)，計(jì)劃在不引發(fā)地球環(huán)境危機(jī)的前提下，充分釋放 AI 的潛力，將多達(dá)一百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)中心發(fā)射到地球軌道上。

近年來(lái)，多家高科技公司紛紛鼓吹軌道計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的潛力，SpaceX 是最新加入的一個(gè)。去年，亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯（Jeff Bezos）表示，科技行業(yè)將走向太空大規(guī)模計(jì)算；Google 也在布局，計(jì)劃最早明年發(fā)射一個(gè)由 80 顆衛(wèi)星組成的測(cè)試星座，用于在軌數(shù)據(jù)處理；初創(chuàng)公司也沒(méi)閑著：去年 11 月，總部位于華盛頓州的 Starcloud 發(fā)射了一顆搭載 Nvidia H100 GPU 的衛(wèi)星，完成了先進(jìn) AI 芯片的首次軌道測(cè)試，并計(jì)劃到 2030 年建成與地面同等規(guī)模的軌道數(shù)據(jù)中心。

支持者認(rèn)為把數(shù)據(jù)中心放到太空是合理的。當(dāng)前的 AI 熱潮正在給電網(wǎng)帶來(lái)壓力，冷卻計(jì)算機(jī)所需的水資源需求也在攀升。大型數(shù)據(jù)中心附近的社區(qū)擔(dān)心需求增長(zhǎng)會(huì)推高水電價(jià)格，以及帶來(lái)其他問(wèn)題。

太空可以同時(shí)解決水和能源兩個(gè)問(wèn)題，支持者認(rèn)為。在持續(xù)被陽(yáng)光照射的太陽(yáng)同步軌道上，太空數(shù)據(jù)中心可以不間斷地獲取太陽(yáng)能；產(chǎn)生的多余熱量也能輕松散發(fā)到冰冷的太空真空中。隨著太空發(fā)射成本不斷下降，星艦等巨型火箭有望進(jìn)一步壓低價(jià)格，把全球數(shù)據(jù)中心搬到太空在商業(yè)上可能會(huì)變得合理。反對(duì)者則指出了一系列技術(shù)障礙，不過(guò)也有人認(rèn)為這些障礙在不遠(yuǎn)的將來(lái)可能被克服。

以下是實(shí)現(xiàn)太空數(shù)據(jù)中心所需的四個(gè)必要條件。

AI 數(shù)據(jù)中心會(huì)產(chǎn)生大量熱量，而太空似乎是一個(gè)不用消耗大量的水就能散熱的理想場(chǎng)所。實(shí)際運(yùn)作起來(lái)卻沒(méi)有那么簡(jiǎn)單：要獲得 24 小時(shí)不間斷運(yùn)行所需的電力，太空數(shù)據(jù)中心必須處于持續(xù)被照射的軌道上，沿極地方向環(huán)繞地球，永遠(yuǎn)不進(jìn)入地球的陰影；在這種軌道上，設(shè)備溫度永遠(yuǎn)不會(huì)降到 80 攝氏度以下，這對(duì)電子設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)行來(lái)說(shuō)太高了。

把熱量從這樣一個(gè)系統(tǒng)中導(dǎo)出，難度出人意料。“太空中的熱管理和散熱總的來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的問(wèn)題，”奧地利太空科技初創(chuàng)公司 Satellives 的 CEO 莉莉·艾辛格（Lilly Eichinger）說(shuō)。

在地球上，熱量主要通過(guò)對(duì)流這一自然過(guò)程散發(fā)，對(duì)流依賴氣體和液體（如空氣和水）的流動(dòng)。在太空真空中，熱量只能通過(guò)效率低得多的輻射過(guò)程來(lái)排出。要安全地排出計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的熱量以及從太陽(yáng)吸收的熱量，需要大面積的輻射表面。衛(wèi)星越龐大，把內(nèi)部熱量排到太空中就越困難。

但歐洲航天巨頭泰雷茲阿萊尼亞航天公司（Thales Alenia Space）前技術(shù)總監(jiān)伊夫·迪朗（Yves Durand）表示，解決這個(gè)問(wèn)題的技術(shù)已經(jīng)存在。

該公司此前為大型電信衛(wèi)星開發(fā)了一套系統(tǒng)，可以通過(guò)機(jī)械泵驅(qū)動(dòng)制冷劑流過(guò)管路網(wǎng)絡(luò)，最終將航天器內(nèi)部的熱量傳導(dǎo)到外部的散熱器上。迪朗主導(dǎo)了一項(xiàng) 2024 年關(guān)于太空數(shù)據(jù)中心的可行性研究，研究發(fā)現(xiàn)盡管挑戰(zhàn)存在，歐洲應(yīng)該有可能在 2050 年前將吉瓦級(jí)數(shù)據(jù)中心（與地球上最大的設(shè)施相當(dāng)）送入軌道。這些設(shè)施將比 SpaceX 設(shè)想的大得多，配備數(shù)百米長(zhǎng)的太陽(yáng)能電池陣列，比國(guó)際空間站還大。

地球周圍的太空持續(xù)遭受宇宙粒子的轟擊和太陽(yáng)輻射的沖刷。在地表，大氣層和磁層為人類和電子設(shè)備提供了保護(hù)，但離地球越遠(yuǎn)，保護(hù)越弱。研究表明，機(jī)組人員因頻繁暴露在巡航高度的高輻射環(huán)境中，患癌風(fēng)險(xiǎn)更高——高空大氣層更薄，屏蔽作用更弱。

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系首席系統(tǒng)科學(xué)家 Ken Mai 表示，太空中的高輻射會(huì)給電子設(shè)備帶來(lái)三類問(wèn)題。第一類是單粒子翻轉(zhuǎn)：帶電粒子撞擊芯片和存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)會(huì)導(dǎo)致位翻轉(zhuǎn)，破壞存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；第二類是累積性損傷：電子設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間暴露在電離輻射中，性能逐漸下降；第三類是永久性損傷：帶電粒子有時(shí)會(huì)在芯片上物理性地位移原子，造成不可逆的破壞。

傳統(tǒng)上，發(fā)射到太空的計(jì)算機(jī)需要經(jīng)過(guò)多年測(cè)試，專門設(shè)計(jì)以承受軌道上的強(qiáng)輻射。但這種太空加固電子設(shè)備價(jià)格昂貴，性能也比地面最先進(jìn)設(shè)備落后好幾年，直接發(fā)射消費(fèi)級(jí)芯片則是一場(chǎng)賭博。不過(guò)迪朗指出，尖端芯片使用的新工藝在默認(rèn)情況下就比老一代系統(tǒng)更耐輻射。今年 3 月中旬，Nvidia 展示了包括一款新 GPU 在內(nèi)的硬件，聲稱正在“將 AI 算力帶入軌道數(shù)據(jù)中心”。

英偉達(dá)邊緣 AI 營(yíng)銷負(fù)責(zé)人 Chen Su 告訴《麻省理工科技評(píng)論》：“英偉達(dá)的系統(tǒng)本質(zhì)上是商用現(xiàn)貨產(chǎn)品，輻射抗性是在系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)的，而非僅僅依靠輻射加固的硅片。”他補(bǔ)充說(shuō)，衛(wèi)星制造商通過(guò)屏蔽、先進(jìn)的錯(cuò)誤檢測(cè)軟件以及將消費(fèi)級(jí)設(shè)備與定制加固技術(shù)相結(jié)合的架構(gòu)來(lái)增強(qiáng)芯片的抗輻射能力。

不過(guò) Mai 指出，數(shù)據(jù)處理芯片只是一個(gè)方面。數(shù)據(jù)中心還需要內(nèi)存和存儲(chǔ)設(shè)備，兩者都容易受到過(guò)量輻射的損害。運(yùn)營(yíng)商還需要在問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)有能力更換部件或調(diào)整配置。使用機(jī)器人或宇航員任務(wù)進(jìn)行維護(hù)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，是大規(guī)模軌道數(shù)據(jù)中心面臨的一大懸而未決的問(wèn)題。

“你不僅需要把一個(gè)滿足當(dāng)前需求的數(shù)據(jù)中心送上太空，還需要冗余、備件和可重構(gòu)性，這樣當(dāng)東西壞了的時(shí)候，你可以改變配置繼續(xù)工作，”Mai 說(shuō)，“這是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，因?yàn)橐环矫嫣沼忻赓M(fèi)的能源和電力，但也有很多劣勢(shì)。這些問(wèn)題完全可能超過(guò)把數(shù)據(jù)中心送入太空所獲得的優(yōu)勢(shì)。”

除了日常維護(hù)之外，還有災(zāi)難性損失的風(fēng)險(xiǎn)。太空天氣劇烈時(shí)，衛(wèi)星可能被輻射淹沒(méi)，全部電子設(shè)備被燒毀。太陽(yáng)剛剛度過(guò)其 11 年周期中最活躍的階段，對(duì)衛(wèi)星的影響相對(duì)較小。但專家警告，自太空時(shí)代開始以來(lái)，人類還沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)太陽(yáng)最猛烈的爆發(fā)。目前主導(dǎo)地球軌道的低成本新型太空系統(tǒng)能否扛住那一天，很多人表示懷疑。

無(wú)論是泰雷茲阿萊尼亞航天公司設(shè)想的大型軌道數(shù)據(jù)中心，還是 SpaceX 提出的超大規(guī)模小型衛(wèi)星星座，都讓太空可持續(xù)發(fā)展專家頭疼。地球周圍的太空已經(jīng)相當(dāng)擁擠，僅星鏈衛(wèi)星每年就要執(zhí)行數(shù)十萬(wàn)次碰撞規(guī)避機(jī)動(dòng)，以躲開碎片和其他航天器。太空中的東西越多，發(fā)生災(zāi)難性碰撞的可能性就越大，一旦碰撞發(fā)生，軌道上將充斥數(shù)千塊危險(xiǎn)碎片。

擁有數(shù)百平方米太陽(yáng)能電池陣列的大型結(jié)構(gòu)，很快就會(huì)被小塊太空碎片和微隕石損壞，太陽(yáng)能板性能隨時(shí)間下降，同時(shí)產(chǎn)生更多碎片。軌道回收初創(chuàng)公司 Lunexus Space 的創(chuàng)始人格雷格·維亞勒（Greg Vialle）告訴《麻省理工科技評(píng)論》，在低地球軌道（2000 公里以下）運(yùn)營(yíng)一百萬(wàn)顆衛(wèi)星，除非該區(qū)域所有衛(wèi)星都屬于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、能有效通信以互相規(guī)避，否則可能無(wú)法安全運(yùn)行。

“一個(gè)軌道殼層大約能容納四五千顆衛(wèi)星，”維亞勒說(shuō)，“算上低地球軌道的所有殼層，最多大約能放 24 萬(wàn)顆。”

航天器之間必須保持安全距離才能交錯(cuò)通過(guò)，避免碰撞。"你還得能把東西送到更高軌道再降回來(lái)進(jìn)行離軌，所以衛(wèi)星之間至少需要 10 公里的間隔，"他補(bǔ)充道，"像星鏈這樣的超大星座可以排得更緊密，因?yàn)樾l(wèi)星之間互相通信。但除非是壟斷經(jīng)營(yíng)，否則不可能在地球周圍放一百萬(wàn)顆衛(wèi)星。"

硬件在軌道上存活得越久，投資回報(bào)就越好。但要讓軌道數(shù)據(jù)中心在經(jīng)濟(jì)上站得住腳，企業(yè)必須找到相對(duì)廉價(jià)的方式將硬件送入軌道。SpaceX 押注即將投入使用的星艦巨型火箭，載荷能力最高可達(dá)目前主力火箭獵鷹 9 號(hào)的六倍。泰雷茲阿萊尼亞航天公司的研究也得出結(jié)論：如果歐洲要建造自己的軌道數(shù)據(jù)中心，就必須開發(fā)同樣強(qiáng)大的運(yùn)載火箭。

但發(fā)射只是等式的一半。大型軌道數(shù)據(jù)中心裝不進(jìn)一枚火箭，即使是巨型火箭也不行，它需要在軌道上組裝。這很可能需要目前尚不存在的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)。多家公司已經(jīng)用此類系統(tǒng)的前身進(jìn)行了地面測(cè)試，但距離實(shí)際應(yīng)用還很遠(yuǎn)。

迪朗認(rèn)為，短期內(nèi)更現(xiàn)實(shí)的路徑是較小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。它們可以直接在太空中處理對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星拍攝的圖像，無(wú)需傳回地球，成為軌道基礎(chǔ)設(shè)施的一部分。這對(duì)出售太空數(shù)據(jù)洞察的公司來(lái)說(shuō)幫助很大——很多數(shù)據(jù)集體積極為龐大，通過(guò)地面站下傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。

“軌道數(shù)據(jù)中心的好處是可以從小型服務(wù)器起步，逐步擴(kuò)大，”迪朗說(shuō)，“你可以利用模塊化設(shè)計(jì)，一步步學(xué)習(xí)，逐漸發(fā)展太空工業(yè)能力。技術(shù)我們都有，對(duì)太空數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)設(shè)施的需求也很大，所以思考這個(gè)方向是有意義的。”

不過(guò)，較小規(guī)模的設(shè)施對(duì)緩解地面數(shù)據(jù)中心給地球水電資源帶來(lái)的壓力恐怕幫助有限。一些批評(píng)者認(rèn)為，這個(gè)愿景可能需要幾十年才能實(shí)現(xiàn)——如果它真的能落地的話。