在轨道上建数据中心到底有多难？Ars 算了一笔账：SpaceX 的万亿级星座计划
封面图片： SpaceX AI1 卫星概念图，配备巨大太阳能板与散热板；图片来源：SpaceX
SpaceX 将其未来价值的大部分押注在轨道数据中心上。不是火箭。不是飞船。该公司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 吉瓦的电力，驱动数千万乃至多达 1 亿枚前沿级 GPU。
但这到底有多难？
Ars Technica 资深航天编辑 Eric Berger 在 7 月 15 日发布的三篇系列报道第二篇中进行了计算。简而言之：很多事情必须顺利推进。价格区间从最乐观情况下的 1.45 万亿美元到最悲观情况下的 9.8 万亿美元，这还是在大规模充分测试辐射损伤、散热器效率和卫星间延迟之前。
“这个话题引发了关于这项技术近期可行性的广泛争论，既涉及可行性问题，也涉及 SpaceX 上市后是否只是一场炒作，”Berger 写道。
AI1 卫星
今年 6 月，Elon Musk 和 SpaceX 卫星工程总监 Ian Dahl 在一段宣传视频中披露了该公司首款轨道数据中心设计，AI1 卫星的细节。每颗卫星将搭载约 600 平方米（相当于 1.5 个篮球场）的太阳能板，产生 150 千瓦峰值功率和 120 千瓦计算功率。
“并不需要什么不存在的魔法，”Musk 在视频中表示。”这项技术中有很多我们已经为 Starlink V3 卫星开发过了。基本上，我们不认为这是一个超级困难的问题。”
Iridium Communications 首席执行官 Matt Desch 是一位经验丰富的卫星行业领袖，在年初的财报电话会议上被问及这一概念时，他的态度更为谨慎。
“这是一个非常热门的话题，主要是因为 Starlink 的声明和其他一些因素，”Desch 说。”这看起来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。”
算一笔账：每天 10 到 42 次发射
Ars 基于星舰的有效载荷能力、AI1 卫星质量和发射成本构建了三种情景。
| 情景 | 星舰有效载荷 | 卫星质量 | 每次发射成本 | 每次发射卫星数 | 总发射次数 | 年发射次数 |
|—|—|—|—|—|—|—|
| 乐观 | 200 吨 | 3.5 吨 | 2000 万美元 | 57 | 17,500 | 3,500 |
| 中性 | 150 吨 | 5.5 吨 | 5000 万美元 | 27 | 37,000 | 7,400 |
| 悲观 | 100 吨 | 7.5 吨 | 1 亿美元 | 13 | 77,000 | 15,300 |
即使在乐观情景下，也需要每天发射 10 次。悲观情景则要求每天发射 42 次。相比之下，去年全球总共进行了 329 次轨道发射尝试，其中 SpaceX 执行了 170 次。
生产 100 万颗卫星的成本同样不菲。Quilty Space 估计 Starlink V3 卫星每颗成本约为 100 万美元；AI1 卫星由于配备更大的太阳能板和高端 GPU 将更加昂贵。加上 1000 亿美元的地面系统，总估算如下：
- 乐观： 1.45 万亿美元（发射 3500 亿美元，每颗卫星 100 万美元）
- 中性： 3.45 万亿美元（发射 1.85 万亿美元，每颗卫星 150 万美元）
- 悲观： 9.8 万亿美元（发射 7.7 万亿美元，每颗卫星 200 万美元）
辐射：可控但未经大规模验证
SpaceX 从五年多来运营数千颗 Starlink 卫星的经验中了解到，许多计算组件具有相当强的抗辐射能力。曾在 SpaceX 从事 Starlink 航电设备工作的物理学家 Sam Waldman 表示，电源较为脆弱，但存在已知的缓解技术。
Musk 表示，SpaceX 计划先使用 Nvidia Rubin 芯片，之后再自行开发。初创公司 Starcloud 已在轨道上测试了 Nvidia H100 GPU，发现在适度屏蔽下性能良好。”寿命将与地面相同，甚至有理由认为可能更长，”Starcloud 首席执行官 Philip Johnston 表示。
Google 在轨道上使用 V6e Trillium TPU 计算托盘进行的实验发现，电离辐射可能随时间推移导致设备故障，但芯片应在太空中可靠运行约五年。这与 SpaceX 计划的五至七年卫星寿命相符。
热量：最大的工程挑战
在真空中散发热量可以说是最困难的问题。在地球上，冷却依靠对流；在太空中，只有热辐射有效。国际空间站的六个氨冷却散热器总重 6 公吨，仅能散发 70 千瓦的热量。
Starcloud 正押注于一个解决方案。其三分之二的工程团队专注于开发低成本、低质量的展开式散热器。其即将发射的 Starcloud-2 任务，一颗 450 千克、发电能力 8 千瓦的卫星，计划于 10 月发射，将验证这一方法是否可扩展。
“国际空间站的散热器又贵又重，”Johnston 说。”我们的重点是让它们变得便宜又轻便。”
延迟：视情况而定
卫星间延迟可能会削弱依赖高速 GPU 互联的大规模 AI 训练，在地面上，机架间延迟以微秒计。但其他工作负载，尤其是推理任务，对延迟的敏感度要低得多，可能能够很好地适应分布式星座。
关键问题在于工作负载的可”分片”程度，以及分片是否适合单颗卫星的能力。Berger 总结道：”这是一个减速带，可能意味着某些类型的工作负载不太适合，但并不是一个让整个想法沉没的障碍。”
结论
“在太空中建设数据中心没有真正的根本性障碍，只是一些非常严肃的技术问题需要解决，”Berger 写道。”你需要前所未有的重型运载能力：可重复使用且快速发射。你需要能够制造人类有史以来最大的卫星，并且为一个星座建造的数量比人类以往建造的总和还要多 100 倍。你必须希望辐射对芯片的影响是可控的，并且辐射冷却能够规模化。”
正如 1ban.news 早前报道所覆盖的，轨道数据中心竞赛吸引了大量初创公司和申请，从 Orbital 向 FCC 提交的 10 万颗卫星计划，到可能拖慢部署的环境挑战。Ars 的分析为这场讨论增添了硬核数据：物理学原理已清晰明了，但经济性要求在发射节奏和卫星制造方面实现前所未有的革命。
“你还需要几万亿美元，”Berger 指出。
婷 翻译
1ban.news 草稿 – 航天编辑部