为什么太空其实根本不适合给数据中心降温

# 为什么太空实际上是一个糟糕的数据中心冷却地点 来源：https://thenewstack.io/spacex-and-nvidias-orbital-ai-datacenter-fantasy/ 太空中的AI数据中心听起来很棒，但实际来说，它们可能几乎不可能实现。 对于科技圈大佬来说，这听起来很棒。两家最热门的科技巨头，SpaceX (https://www.spacex.com/) 和 NVIDIA (https://www.nvidia.com/en-us/)，正在合作，利用刚刚发布的 Starmind AI1 卫星 (https://www.spacex.com/spacexai/starmind) 将AI数据中心送入太空。 这些高30米、太阳能帆板翼展75米的卫星将搭载最新的 NVIDIA Vera CPU 和 Rubin GPU。它们将运行在约600公里的近地轨道（LEO）上。网络方面将使用 Starlink 的激光链路。SpaceX 表示，第一艘 AI1 航天器将在轨道上执行本地化AI计算，并通过 Starlink 将结果传回地球。 据 SpaceX 称，AI1 的设计围绕一个计算载荷展开，峰值功耗高达250千瓦，平均功耗为175千瓦。它将采用太阳能供电，这与地球上那些通常需要新建发电厂的竞争对手不同。 图片来源：SpaceX。Starmind 并不是简单地把一个传统 NVIDIA AI 集群发射到轨道上。这项计划的关键在于将高密度加速器硬件与一个能够发电、排出废热、抵御辐射、维持激光通信并实现大规模生产的航天器平台集成在一起。这些都不是容易的事。 一旦入轨——这需要 SpaceX 尚未准备就绪的 Starship 火箭来发射这些估计重达2.3公吨的卫星——这些卫星将协同工作。 最终，要实现 SpaceX 的目标——一百万颗（没写错，就是一百万颗）Starmind 卫星 (https://www.fcc.gov/document/sb-accepts-filing-spacexs-application-orbital-data-centers)——这两家公司需要设计一款标准化型号的航天器。这些航天器将在 SpaceX 占地1100万平方英尺的制造园区 Gigasat Factory (https://www.kvue.com/article/tech/science/aerospace/spacex-plans-gigasat-factory-manufacture-ai-satellite-data-centers-bastrop-county-texas/269-bed7c221-ad0c-4171-9a7f-eeb483d9cad7) 建造，该工厂目前仍在德克萨斯州巴斯特罗普县建设中。 这项“AI上太空”的提议是 SpaceX CEO 埃隆·马斯克将高能耗AI基础设施送入轨道这一梦想中最雄心勃勃的一次尝试。在那里，这些卫星将不再需要与日益激烈的地面数据中心建设争夺土地、电网容量或水资源。 然而，SpaceX 淡化了将这一愿景变为现实所面临的技术问题。 ## 为太空数据中心降温 让我们从最大的难题开始：散热。 与你在糟糕的科幻电影中可能得到的印象相反，太空的真空本身并不冷。一个物体的表面是热是冷，完全取决于它是否面向太阳。面向太阳的那一面会升温，而背向太阳的那一面最终会向深空约3开尔文的背景温度冷却。 关键词是“最终”。你不能简单地使用对流、冷却塔或蒸发冷却来带走热量。热量必须以红外辐射的形式散发出去，而这是一个非常缓慢的过程。 物理规律在计算能力、散热器面积、航天器质量和运行温度之间形成了直接的取舍。一个运行数百千瓦AI硬件的系统必须将几乎所有这些功率以废热的形式排出。液冷可以将热量从芯片上带走，但这并不能消除对大面积散热器的需求。 正如 NASA 所发现的那样，“卫星在轨道上会经历恶劣的环境 (https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20230003714/downloads/Thermal%20Design%20for%20Spaceflight.pptx.pdf)”，从阳光直射下约393开尔文（华氏248度）一直到约3开尔文（华氏零下454度）。 为了给 Starmind 卫星降温，每颗卫星都将配备一个可展开的液体散热器系统，面积为160平方米。用什么液体？我们还不知道。伯明翰大学航天学教授 Hugh Lewis (https://research.birmingham.ac.uk/en/persons/hugh-lewis/) 预计会使用氨 (https://www.pcmag.com/news/spacexs-orbiting-data-centers-will-use-liquid-cooling-but-dont-expect-water)，因为氨已经用于国际空间站（ISS）(https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2021/02/473486main_iss_atcs_overview.pdf)。这是否能可靠地扩展到数据中心级AI部署并应对其巨大的热量，仍有待观察。 ## 轨道上的网络限制 另一个问题是网络。该架构在很大程度上依赖于 Starlink 的光学星间链路。SpaceX 表示，AI1 卫星将使用高速激光链路与其他航天器通信，并通过 Starlink 网络将AI结果发送到地球。 Starlink 公布的技术规格描述了小型激光终端，其运行速率最高可达25 Gbps，距离最远可达4000公里，而 SpaceX 称其客户服务的延迟约为25毫秒。 这些数字表明，这可能是一个有用的网络，用于分发推理结果、传输模型更新、将轨道传感器连接到计算节点，并减少对地面站过境的依赖。但它们并不能证明一个卫星星座可以像地面AI超级计算机那样紧密耦合的网络结构一样运作。 我们不会在太空中看到大规模机器学习和训练。这需要巨大的、可预测的带宽和极低的 GPU 到 GPU 通信延迟。轨道网络还会面临物理传播延迟、激光链路的捕获和切换、在移动星座中的路由，以及每艘航天器可用容量的限制。 ## 碎片、战争和太阳风暴 据长期太空行业观察人士 Doug Mohney (https://www.linkedin.com/in/dougmohney/) 称，另一个问题是碎片。“某一天情况糟糕，一块随机垃圾击中一颗卫星，它碎裂成多块弹片，又击中另一颗卫星，如此循环往复，直到发生一次凯斯勒事件 (https://aerospaceamerica.aiaa.org/features/understanding-the-misunderstood-kessler-syndrome/)，把这片选定的轨道变成一片游荡的碎片云。” 凯斯勒事件是指一颗卫星解体后，其碎片又击中另一颗卫星，如此连锁反应，直到近地轨道的某个区域充满残骸而不是可用的卫星。 凯斯勒事件可能的样子。图片来源：ESA。雪上加霜的是，凯斯勒事件不一定非是意外。Mohney 还指出，太空战是一个真实威胁：“像俄罗斯、中国、伊朗或朝鲜这样的坏行为者可能会使用动能（不是随机垃圾！）手段瞄准一颗或多颗卫星，从而产生太空碎片。”或者，“一颗好的核武器利用电磁脉冲就能一次性干掉所有卫星。俄罗斯和中国（以及美国）都已经有反卫星武器（ASAT）项目。朝鲜可能也有ASAT，但核弹能确保大规模摧毁轨道能力。” 如果这听起来很疯狂，请记住，Starlink 卫星已经被乌克兰使用，而俄罗斯一直在试图干扰它们的传输 (https://www.reuters.com/business/aerospace-defense/russia-tries-jam-musks-starlink-systems-counter-ukrainian-drones-2026-07-08/)。也有可靠报道称，俄罗斯正在开发专门用于击落 Starlink 卫星 (https://apnews.com/article/russia-starlink-musk-ukraine-space-china-canada-c69c1fda5ffc93828712ab723e606a2c) 的反卫星武器。更大、更脆弱的 Starmind 卫星将更加容易受到攻击。 Mohney 还担心太空天气这个“已知的未知数”。 “一场像1859年卡灵顿事件 (https://spacedaily.com/sd-in-1859-a-solar-storm-now-called-the-carrington-event-induced-currents-so-strong-in-north-american-telegraph-lines-that-operators-disconnected-their-batteries-and-kept-sending-messages-on-the-geoma/)（有记录以来最大的太阳风暴）那样级别的太阳耀斑袭击地球，会摧毁所有卫星的轨道电子设备。”这反过来，当失去控制的卫星偏离轨道时，可能会引发凯斯勒事件。较小的太阳活动事件已经迫使近地轨道卫星脱离轨道。例如，2022年2月的一场地磁暴导致38颗新发射的 Starlink 卫星脱离轨道 (https://repository.library.noaa.gov/view/noaa/53091)。 ## 1700亿美元的问题 还有商业方面的担忧。尽管新建和扩建地面AI数据中心面临诸多障碍，能源分析公司 Wood Mackenzie (https://www.woodmac.com/) 认为，“一个假设的1吉瓦轨道数据中心预计将耗资约1700亿美元，是同等地面设施的三倍多，其中发射和卫星成本约占总成本的60%。要让轨道成本与地面替代方案持平，需要降低70%的成本。” 该公司认为这可能实现，但 Wood Mackenzie 研究总监 Robert Liew (http://linkedin.com/in/robert-liew-sg?originalSubdomain=sg) 指出，“如果发射成本不取得持续且巨大的进展，这一差距不会缩小。我们预测从现在到2040年，地面数据中心投资将达到9万亿美元。资本会优先流向那里。轨道数据中心是一个严肃的长期命题，但目前它们仍然是对成本曲线的押注。” 目前，SpaceX 提出了一个宏大的技术愿景，并与 NVIDIA 建立了硬件合作伙伴关系，但几乎没有提供能证明其商业可行性的运营指标。真正的考验将是 SpaceX Starship 是否能成为实用的运载火箭，并克服其散热和安全问题。然后，AI1 还必须展示出足够的每公斤、每千瓦、每平方米散热器和每美元发射成本的有效算力，以超越或补充地面AI基础设施。我认为这在短期内不会发生。 GroupCreated with Sketch.