建造轨道数据中心到底有多难？

# 建造轨道数据中心到底有多难？ 来源：https://arstechnica.com/space/2026/07/how-hard-is-it-to-build-orbital-data-centers-actually/ 揭秘轨道数据中心 “国际空间站的散热器又贵又重。我们专注于让它们变得又便宜又轻。”  对轨道数据中心技术挑战的剖析。图片来源：Aurich Lawson | Getty Images 对轨道数据中心技术挑战的剖析。图片来源：Aurich Lawson | Getty Images ***编者注**：这是 Ars 发布的三篇专题文章中的第二篇，旨在探讨轨道数据中心的财务、技术和竞争维度。尽管将数据中心送入太空的想法在理论层面早已被讨论，但该技术已迅速成为炙手可热的话题。本系列试图对流传的各种说法进行事实核查。* *在本文中，我们将讨论建造轨道数据中心星座的技术挑战：发射所有部件、在太空中散热、处理辐射问题以及解决轨道上的延迟问题。请在此处阅读第一部分 (https://arstechnica.com/space/2026/03/orbital-data-centers-part-1-theres-no-way-this-is-economically-viable-right/)。* SpaceX 将其未来价值的大部分 (https://arstechnica.com/space/2026/05/spacex-submits-detailed-financial-filing-ahead-of-going-public-in-june/) 押注在轨道数据中心上。不是火箭，也不是航天器。 相反，它设想发射并维护一个由 100 万颗卫星组成的星座，能够产生 120 GW 的电力，为数千万乃至多达 1 亿颗前沿级 GPU 提供数据中心服务。 该公司创始人埃隆·马斯克几个月前就透露了该庞大星座的计划，但直到最近，单个卫星的规模在很大程度上仍是未知数。今年六月，情况发生了变化，马斯克和 SpaceX 卫星工程总监 Ian Dahl 在一段宣传视频 (https://www.youtube.com/watch?v=VvjV0gzi5Zg) 中谈到了公司开发轨道数据中心首个版本（称为 AI1 卫星）的计划。该视频最终提供了公司关于卫星尺寸和功率能力的数字。 “并不需要什么不存在的魔法，”马斯克在视频中谈到建造 AI1 卫星的挑战时说道。“很多技术我们已经为星链 V3 卫星开发过了。基本上，我们认为这不是一个超级困难的问题。” 正如 Ars 在本系列第一部分 (https://arstechnica.com/space/2026/03/orbital-data-centers-part-1-theres-no-way-this-is-economically-viable-right/) 中所写，轨道数据中心的物理原理确实并不神奇。但经济学问题，温和地说，是极具挑战性的。 这个话题引发了关于该技术近期可行性的广泛争论，无论是在可行性方面，还是鉴于 SpaceX 现已上市，这究竟是否只是炒作。  SpaceX 的 AI1 卫星设计。 图片来源：SpaceX SpaceX 的 AI1 卫星设计。图片来源：SpaceX 铱星通信公司首席执行官 Matt Desch 是一位长期、头脑清醒的卫星行业高管，他在今年早些时候的一次财报电话会议 (https://app.webinar.net/XwrymB5OD80) 中被问及对这个概念的看法。 “这是目前讨论的一个非常热门的话题，主要是因为星链的声明以及其他一些公司，”Desch 回答说。“这看起来像是一个可以在太空中解决的问题……（但）存在巨大的技术挑战需要克服。” Desch 猜测，最近对轨道数据中心的热情并非源于将其送入太空的深刻需求，而是出于金钱原因。 “这充其量是一个非常非常长期的机会，我怀疑所有这些讨论是否只是为了解决眼前问题之外的其他原因，”他说。“我也许可以随波逐流，试图借此提升估值。但我们是一家非常务实的公司，专注于实际交付现金和增长成果，所以我宁愿坚持我目前专注的主题。” 那么谁是对的？通过本系列的第二部分，我们想看看能否为轨道数据中心（尤其是 SpaceX 的概念）的真实可行性提供一些粗略的数字。 简短的回答是，很多事情都必须顺利进行。 ## 乐观、中性和悲观情景 将轨道数据中心送入太空的一个主要原因是可以利用太阳提供的免费、无限的能源。根据 SpaceX 发布的示意图，其每颗 AI1 卫星将配备约 600 平方米的太阳能电池板，大约相当于一个半篮球场的大小。这些太阳能电池板将产生 150 kW 的峰值功率和 120 kW 的平均功率用于计算。 这些太阳能电池板的重量很快累积起来——我们估计可能在 1 到 2 公吨之间。卫星行业顾问 Stuart Taylor 告诉 Ars，SpaceX 可能会考虑使用一种名为钙钛矿的新材料（网上有一些相关传闻 (https://en.sedaily.com/finance/2026/02/05/musk-teams-secret-visits-to-chinese-solar-firms-send-stocks)）来代替硅，这可以制造出更轻的太阳能电池板。但关于钙钛矿的长期稳定性仍存在问题 (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.201900089)，因此我们的分析将基于标准硅太阳能电池。 卫星的机载计算能力将产生大量热量，因此需要大型散热器（下文详述）。根据多方估计，这至少需要另外 1 到 2 公吨的重量。加上卫星总线（骨架）、GPU 等其他部件，每颗卫星的重量可能在 3.5 到 7.5 公吨之间。 要将所有这些质量送入轨道，你需要一枚超重型运载火箭。SpaceX 的星舰 V3 火箭估计具有 100 公吨的近地轨道有效载荷能力，但该公司工程师已在规划有效载荷能力显著更高的 V4 版本：200 公吨。 最后一个需要考虑的变量是发射成本。星舰的理想状态是完全可重复使用，第一级和第二级都返回发射场并在数小时内重新堆叠发射。唯一的成本将是推进剂（每次发射的液氧、甲烷和其他消耗品可能为 150 万美元）以及制造和维护火箭及地面支持设备的人员。为了便于论证，我们假设一个理想化的星舰发射成本为 2000 万美元，这将意味着每公斤到近地轨道的成本仅为 100 美元，非常可观。如果星舰进展顺利，这并非无法实现，但需要时间。 以上就是基本数字。为了本次分析，我们将考虑三种情景：乐观、中性和悲观。 - **乐观**：星舰有效载荷能力 200 公吨；AI1 卫星质量 3.5 吨；星舰发射成本 2000 万美元 - **中性**：星舰有效载荷能力 150 公吨；AI1 卫星质量 5.5 吨；星舰发射成本 5000 万美元 - **悲观**：星舰有效载荷能力 100 公吨；AI1 卫星质量 7.5 吨；星舰发射成本 1 亿美元 ## 让我们算笔账 SpaceX 可能计划每颗卫星运行五到七年，然后将其移至日心弃置轨道或在地球大气层中烧毁。假设寿命为五年，将 100 万颗卫星的星座送入轨道并随时间补充，每年需要数千次发射。 具体数量取决于上述每种情景的假设： - **乐观**：每次发射 57 颗 AI1 卫星；总计 17,500 次发射；每年 3,500 次发射 - **中性**：每次发射 27 颗 AI1 卫星；总计 37,000 次发射；每年 7,400 次发射 - **悲观**：每次发射 13 颗 AI1 卫星；总计 77,000 次发射；每年 15,300 次发射 即使在最好的情况下，每天也需要 10 次发射。最坏情况下每天需要 42 次发射。 显然，这个数量非常庞大。去年，全球创造了轨道发射尝试的新纪录：329 次，其中 321 次至少进入了边际轨道，据天体物理学家 Jonathan McDowell 统计 (https://planet4589.org/space/papers/space25.pdf)。其中超过一半（170 次）由 SpaceX 执行。 因此，对于 SpaceX 来说，这个数据中心巨型星座至少意味着其发射能力需要增加 20 倍。SpaceX 目前在德克萨斯州的星舰基地拥有一个星舰发射台，几年内应该在德克萨斯州和佛罗里达州的站点拥有总计四个发射塔。这些发射台针对赤道轨道进行了优化，因此 SpaceX 可能需要为前往太阳同步轨道的任务提供发射场。它正在考虑在路易斯安那州 (https://www.shreveporttimes.com/story/news/2026/05/06/is-spacex-elon-musk-planning-to-build-a-campus-in-louisiana-rumors-circulate-landry-aerospace-bills/89959550007/) 和其他地方向南发射。 卫星的成本是多少？分析公司 Quilty Space 估计 (https://spacenews.com/starlink-soars-spacexs-satellite-internet-surprises-analysts-with-6-6-billion-revenue-projection/)，作为轨道数据中心基础的星链 V3 卫星成本约为 100 万美元。即使考虑到建造如此多新卫星可能带来的规模经济，鉴于轨道数据中心将拥有明显更大的太阳能电池板和昂贵的计算机硬件，每颗航天器 100 万美元的估计似乎是一个合理的最佳情况。 最后，还有负责处理全球各地往返轨道数据的地面系统。我们估计这三种情景下大约需要 1000 亿美元。 由此得出我们对 SpaceX 100 万颗卫星轨道数据中心星座的总成本估算（基于粗略估算）： - **乐观**：发射成本 3500 亿美元；每颗卫星 100 万美元；总成本 1.45 万亿美元 - **中性**：发射成本 1.85 万亿美元；每颗卫星 150 万美元；总成本 3.45 万亿美元 - **悲观**：发射成本 7.7 万亿美元；每颗卫星 200 万美元；总成本 9.8 万亿美元 这是一笔巨额资金，即使你是世界首位万亿富翁。 但 SpaceX 刚刚完成了股票市场历史上最赚钱的首次公开募股。因此它手头有现金。但它还需要更多。它也确实**需要**星舰大幅降低发射成本。除非这成为现实，否则这一切似乎都遥不可及。 ## 辐射问题怎么办？ 轨道数据中心的物理挑战虽然艰巨，但并非不可克服。让我们从辐射开始，这是所有太空硬件都关心的问题。 根据星链星座的经验，SpaceX 发现许多所需的计算组件，如处理器和内存，已经具备相当的抗辐射能力。Sam Waldman 是一位物理学家，2012 年至 2018 年在 SpaceX 工作，专注于包括星链在内的各种项目的航电系统。他表示电源和其他组件更容易受到辐射影响，但已有已知的技术来解决这个问题。SpaceX 从数千颗在轨运行（通常超过五年）的星链卫星中学习到了很多。  去年秋天，Starcloud-1 任务在 Transporter 任务中被释放到太空。 图片来源：SpaceX 去年秋天，Starcloud-1 任务在 Transporter 任务中被释放到太空。图片来源：SpaceX 那么高端计算机芯片呢？马斯克表示，SpaceX 最初计划在其基础架构中使用 Nvidia Rubin 芯片，但最终将自行制造。有证据表明，地球上传统数据中心使用的芯片类型经过修改后可以在太空中工作。 最早认真考虑太空数据中心的公司之一是一家名为 Starcloud 的小型初创企业，它押注这项技术将变得实用。去年，它对 Nvidia H100 GPU (https://www.nvidia.com/en-us/data-center/h100/) 进行了广泛的地面测试，然后将其安装到一个小型卫星平台上发射到太空。其目标是确定一种常用于地面数据中心的芯片能否承受发射的振动和太空的辐射。 到目前为止，Nvidia 芯片表现良好，Starcloud 联合创始人兼首席执行官 Philip Johnston 说道。根据航天器的早期数据，他相信像 H100 这样的芯片可以通过适度的屏蔽来适应太空环境。“其寿命将与在地面时相同，甚至有理由认为可能更长，”Johnston 说。 这是一个有用的早期数据点，但并非最终结论。 惠普一直在国际空间站上通过其 Spaceborne 计划 (https://www.hpe.com/us/en/compute/hpc/supercomputing/spaceborne.html) 进行高性能计算机的实验。谷歌也对其 V6e Trillium TPU 计算托盘进行了实验 (https://semiengineering.com/data-centers-in-space/)，并发现随着时间的推移，电离辐射会导致设备故障。但它发现设备应该能够在太空中可靠运行大约五年。 对于轨道数据中心来说，这似乎是一个合理的芯片故障基准。在可预见的未来，太空维修很可能不在考虑范围内。因此，我们可以预期从地球发射的轨道数据中心大约能运行五年，之后辐射开始造成损害。这也是一颗芯片从尖端技术到逐渐老化所需的时间。 当然，所有这些都必须在真实的太空飞行环境中进行测试——而且要大规模进行。 ## 散热问题 排出废热是一个重大问题——可能是在轨面临的最大挑战。 在地球上，大多数冷却通过对流进行，热量从热物体传递到空气中，然后随着较暖空气上升而被带走。在太空中，没有空气，因此无法进行对流冷却。航天器通常依赖“热辐射”，即向太空发射红外光。这个过程效率较低，因此最终需要使用非常大的铝板，使其发出微弱的光芒。散热器还需要管道，将流体输送到航天器较热的部件，以将热量带到散热板。 美国国家航空航天局（NASA）已经在与 SpaceX 计划规模相当的项目上解决了这个问题。国际空间站上的六个散热器使用氨作为冷却剂，总质量刚刚超过 6 公吨。它们共同散发了大约 70 kW 的热量，大致相当于 SpaceX 为其拟议的轨道数据中心所需处理的水平。 Waldman 表示，SpaceX 通过其星链卫星在处理这个问题上获得了丰富的经验，这些卫星在运行过程中会产生大量热量。“星链之所以看起来是那个样子，是因为它们最大化表面积来辐射热量，”他说。“他们（SpaceX）针对这个问题有非常好的数据。” Starcloud 也在致力于这项技术。首席执行官 Johnston 表示，他的工程团队中有三分之二专注于开发一种低成本的超轻散热器，可以在太空中展开。其概念上与国际空间站的技术类似。 该公司目前正在组装 Starcloud-2 任务卫星 (https://www.starcloud.com/starcloud-2)，这是一颗重 450 公斤、发电功率 8 kW 的卫星。该航天器计划于 10 月发射，如果