想像一下，若有一家公司能同時成為新興太空經濟中的鐵路、電力公司和雲端運算供應商。這種潛力點燃了對 SpaceX 期待已久的首次公開募股（IPO）的熱情。投資者不再只是押注火箭，他們押注的是整個軌道生態系統。
在這波熱潮中最具雄心且最具挑戰性的想法之一，聽起來幾乎像科幻小說：軌道數據中心。SpaceX 可能是尋求建造這些設施最知名的公司，但並非唯一一家。
其邏輯極具吸引力：將數據中心發射到軌道，那裡太陽能充沛，土地、水和當地電網不再是限制。隨著人工智慧帶動運算需求的爆炸性成長，公司正將軌道數據中心作為擺脫地球運算日益嚴峻的環境和基礎設施壓力的途徑。數據中心也經常面臨公眾的反對，因為這些中心設在其社區。
然而，從發射衛星到在軌道上運營工業級運算基礎設施，之間存在巨大差異。太空是無情的。輻射會損壞電子設備。電子設備會產生巨大的熱量，而在太空中散熱卻異常困難。維修成本極其高昂，而且發射到軌道的每一磅物體仍然需要支付高昂的費用。
我們是研究數據中心設計和太空系統工程的工程學教授。在太空中建造數據中心將涉及兩方面的考量。
首先，考慮一下地球上的數據中心，就像你可能已經開始隨處可見的那樣。這些設施為雲端運算、影音串流、線上銀行、科學運算以及日益增長的人工智慧提供動力。但數據中心遠不止是一個裝滿伺服器的房間。
數據中心需要多項要素才能可靠運行。第一是電力。伺服器、網路設備和儲存裝置消耗大量電力，而隨著 AI 的發展，這種電力需求正在迅速增長。
第二是冷卻。伺服器消耗的幾乎所有電力最終都會轉化為熱量。如果這些熱量不能快速可靠地移除，設備性能就會下降，故障會增加，數據中心可能會關閉。冷卻系統通常包括空氣處理單元、冷卻器、冷卻塔、泵以及越來越多的液體冷卻設備。在許多設施中，冷卻是除運算設備本身之外最大的能源消耗者。
第三是實體基礎設施，包括必要的土地、建築物、結構支撐、備用電源、供水系統、通訊網路和維護通道。數據中心也需要足夠靠近用戶和網路骨幹，以便提供快速的數位服務。
總之，地球上的數據中心是圍繞運算硬體建造的大型電力和熱力基礎設施系統。
那麼，在太空中建造這些數據中心需要什麼，為什麼公司發現這種可能性是一個如此有趣的商業前景？
與地球上一樣，這些數據中心需要大量的電力。在太空中，這種電力將來自太陽能電池板。太陽在太空中永遠閃耀，不會被雲層遮擋。然而，根據太陽能電池板所在的軌道，地球可能會在軌道的一部分時間內遮擋它們。
而且，即使是當今最好的太陽能電池，也只能將照射到它們的陽光轉換約一半的電能。
太空中發現的另一個潛在優勢是冷卻。太空的寒冷背景（接近攝氏零下 270 度）創造了一個機會：數據中心的廢熱可以通過散熱器散發到太空中，從而保持電子設備的涼爽。
原則上，這種設計可以消除地球上使用的一些笨重且耗水嚴重的冷卻基礎設施。然而，這些熱輻射器需要大量的表面積，這將是太陽能電池板所需面積之外的額外需求。
在太空中，沒有空氣可以吹過熱設備並幫助熱量散發。熱量必須以紅外輻射的形式散發，這是一個相對緩慢的過程。因此，移除 10 兆瓦的廢熱可能需要與兩個足球場大小相當的散熱器表面。
太空數據中心還可以避免一些與在地面建造大型數據中心相關的當地衝突。許多社區因為土地使用、能源和水資源需求，以及噪音和環境影響，而抵制新的數據中心開發。
基於太空的系統將避免與當地土地和水資源競爭，也不會產生鄰里噪音，或以相同方式需要當地分區批准。
然而，太空已經變得擁擠，發射數千個大型軌道數據中心將加劇這個問題。軌道碎片和微隕石是危險的，因為它們會刺穿太空數據中心，而最壞情況下的碰撞可能會摧毀它並產生更多太空碎片。
將所有設備發送到軌道所需的太空發射頻率也可能引起一些社區的擔憂。SpaceX 在德克薩斯州博卡奇卡的發射場曾遭到當地活動人士的抗議，他們認為其火箭測試和發射損害了周圍的環境。
所有這些數據都需要通過無線電波或激光通信系統在地球與這些數據中心之間，以及在數據中心之間傳輸。儘管 Starlink 和 Amazon Leo 等衛星星座已經證明了這一點的可行性，但發送到太空和從太空傳輸的數據量將會激增。
這些數據中心，連同其太陽能電池板和散熱器，無法一次性發射，需要在太空中組裝。這個過程將需要新的太空服務、組裝和製造設備。
另一個關鍵挑戰是運算硬體的更新週期。數據中心伺服器並非為永久使用而設計。隨著晶片改進、工作負載變化和設備老化，地球上的運營商通常每三到五年更換或升級硬體。
設備故障也可能需要更換組件。在地球上，更換和維修過程相對簡單，工人可以實際移除和更換伺服器。
在太空中，更新和維修變得更加困難。發射到軌道的硬體可能難以升級或成本過高。如果運算平台無法更新，或者太多組件發生故障，它可能在周邊基礎設施達到使用壽命之前就已經過時。
在一個性能快速提升且運算需求持續增加的領域，這個障礙可能成為一個重大的經濟和運營挑戰。
然後是太空的嚴酷環境。這些數據中心將處於近乎真空的環境中，不斷受到輻射的照射。而且，根據其軌道，它們每天會多次經歷陽光下的高溫和地球陰影下的低溫。所有這些挑戰以及更多挑戰，都需要解決。
儘管存在這些挑戰，公司仍在推進太空數據中心設計。SpaceX 最近公布了其 AI1 計算衛星的設計，希望將其用作軌道數據中心航天器。然而，這顆衛星的能力僅為目前地球上數據中心的 100 到 1000 倍。
並非所有運算任務都適合在太空中進行。許多數據中心應用依賴於快速的響應時間和與地球用戶的緊密連接。金融交易、互動式 AI 服務以及大多數雲端應用對延遲極為敏感。
更可行的早期應用可能是不那麼對延遲敏感，且與太空運營更緊密相關的應用。例如，處理來自衛星的地球觀測數據、軍事或情報數據處理、與太空任務相關的科學運算，或為衛星和其他太空資產提供的專門運算。
換句話說，首批可行的太空數據中心可能在與地球上的主流雲端數據中心競爭之前，就已經為太空客戶提供服務。
