从某种意义上说，这一切都是不可避免的。埃隆·马斯克及其追随者多年来一直在谈论太空中的AI——主要是在伊恩·班克斯（Iain Banks）的科幻系列背景下，该系列描绘了一个遥远的未来宇宙，其中 sentient spaceships（具有感知能力的飞船）漫游并控制着银河系。
现在，马斯克看到了实现这一愿景版本的机会。他的公司SpaceX已申请监管许可，建造由太阳能供电的轨道数据中心，这些数据中心将分布在多达一百万颗卫星上，能够将高达100 GW的计算能力转移到地球之外。据报道，他建议一些AI卫星将在月球上建造。
“毫无疑问，在36个月或更短的时间内，将AI放在太空中是最便宜的地方，”马斯克上周在由Stripe联合创始人约翰·科利森（John Collison）主持的播客中说。
他并不孤单。xAI的计算负责人据报道与Anthropic的对应人打赌，到2028年，全球1%的计算能力将在轨道上。谷歌（在SpaceX拥有重大股权）宣布了一项名为“Project Suncatcher”的太空AI计划，将于2027年发射原型车辆。Starcloud是一家初创公司，已获得Google和Andreessen Horowitz支持的3400万美元融资，并于上周提交了其 own plans for an 80,000 satellite constellation（自己关于8万颗卫星星座的计划）。甚至杰夫·贝佐斯也表示这是未来。
但在炒作背后，实际上需要做什么才能将数据中心送入太空？
初步分析显示，如今的地面数据中心仍然比轨道上的数据中心便宜。太空工程师安德鲁·麦卡利普（Andrew McCalip）构建了一个有用的计算器来比较这两种模式。他的基准结果显示，一个1 GW的轨道数据中心可能花费424亿美元——几乎是其地面等效成本的3倍，这要归因于建造卫星并将其发射到轨道的前期成本。
专家表示，改变这一局面需要在多个领域进行技术开发、巨额资本支出，并在太空级组件的供应链方面做大量工作。这也取决于地面成本的上升，因为资源和供应链正受到日益增长的需求的压力。
设计和发射卫星
任何太空商业模式的关键驱动因素是将任何东西送入太空的成本。马斯克的SpaceX已经在降低进入轨道的成本，但分析师认为，要使轨道数据中心成为现实，需要更低的价格来完成他们的商业案例。换句话说，虽然AI数据中心似乎是一个在SpaceX IPO之前即将出现的新业务线的故事，但该计划依赖于完成该公司最长未完成的未完成项目——星舰（Starship）。
考虑到可重复使用的猎鹰9号（Falcon 9）目前送入轨道的成本约为每公斤3,600美元。根据“Project Suncatcher”白皮书的说法，使太空数据中心可行需要将价格降至接近每公斤200美元，这需要18倍的改进，预计将在2030年代实现。然而，在这个价格下，今天一颗星链（Starlink）卫星提供的能源将与地面数据中心具有成本竞争力。
人们期望SpaceX的下一代星舰（Starship）火箭能够实现这些改进——目前没有其他在研运载工具能承诺提供同等程度的成本节约。然而，该火箭尚未投入运营，甚至还未进入轨道；预计第三版星舰将在未来几个月内首次发射。
然而，即使星舰完全成功，认为它能立即向客户降低价格的假设可能也经不起推敲。咨询公司Rational Futures的经济学家提出了一个令人信服的观点：正如猎鹰9号（Falcon 9）一样，SpaceX不会愿意将其价格定得比其最佳竞争对手低太多——否则公司就会错失收入机会。例如，如果Blue Origin的新格伦（New Glenn）火箭零售价为7000万美元，SpaceX就不会以远低于此的价格为外部客户提供星舰任务服务，这将使其定价高于太空数据中心建设者公开假设的数字。
“目前还没有足够的火箭来发射一百万颗卫星，所以我们离那还很远。”亚马逊网络服务（Amazon Web Services）首席执行官Matt Gorman在最近的一次活动上表示。“如果你想想今天将有效载荷送入太空的成本，那是巨大的。这根本不经济。”
尽管如此，如果发射是所有太空业务的痛点，那么第二个挑战就是生产成本。
McCalip告诉TechCrunch：“到目前为止，我们总是理所当然地认为星舰的成本将是每公斤几百美元。”“人们没有考虑到，目前卫星的成本几乎高达每公斤1000美元。”
卫星制造成本占这部分价格的最大份额，但如果高功率卫星能以当前星链（Starlink）卫星一半的成本制造，这些数字就开始说得通了。在建造其创纪录的通信网络星链的过程中，SpaceX在卫星经济性方面取得了巨大进步，该公司希望通过规模效应实现更多突破。计划部署一百万颗卫星的部分原因无疑来自于大规模生产带来的成本节约。
然而，用于这些任务的卫星必须足够大，以满足运行高性能GPU的复杂要求，包括大型太阳能电池板、热管理系统以及用于接收和传输数据的激光通信链路。
Project Suncatcher于2025年发布的一份白皮书提供了一种比较地面数据中心和太空数据中心的方法，即通过电力成本进行比较，因为电力是运行芯片所需的基本投入。在地面上，数据中心每年每千瓦（kW）电力的花费大约在570美元到3000美元之间，具体取决于当地电力成本和系统的效率。SpaceX的星链卫星则依靠机载太阳能电池板获取电力，但获取、发射和维护这些航天器的成本使得其能源成本达到每年每千瓦14,700美元。简而言之，在卫星及其组件变得便宜得多之前，它们无法与按量计费的电力成本竞争。
太空环境不容小觑
轨道数据中心的支持者常说，太空中的热管理是“免费”的，但这是一种过度简化。在没有大气层的情况下，实际上更难散发热量。
“你只能依靠非常大的散热器，将热量耗散到漆黑的太空中，这意味着你需要管理大量的表面积和质量。”Planet Labs的高管Mike Safyan表示，该公司正在为Google Suncatcher建造原型卫星，预计将于2027年发射。“这被公认为一个关键挑战，尤其是长期来看。”
除了太空的真空环境外，AI卫星还需要应对宇宙辐射。宇宙射线会随时间推移导致芯片性能下降，还可能引发“比特翻转”错误，从而损坏数据。可以通过屏蔽、使用抗辐射加固组件或与冗余错误检查配合工作来保护芯片，但这些选项都会以高昂的质量代价作为交换。尽管如此，Google仍使用粒子束测试了辐射对其张量处理单元（专为机器学习应用设计的芯片）的影响。SpaceX高管在社交媒体上表示，公司已为此目的购买了一台粒子加速器。
另一个挑战来自太阳能电池板本身。该项目的逻辑在于能源套利：将太阳能电池板置于太空中，其效率可比地球高出5到8倍；如果处于合适的轨道，它们每天可以有90%以上的时间暴露在阳光下，从而进一步提升效率。电力是芯片的主要燃料，因此更多的能源意味着更便宜的数据中心。但在太空中，即使是太阳能电池板也变得更加复杂。
由稀土元素制成的航天级太阳能电池板虽然坚固耐用，但成本过高。而由硅制成的太阳能电池板价格便宜，且在太空中的应用日益广泛——Starlink和Amazon Kuiper都在使用它们——但由于太空辐射，它们的退化速度要快得多。这将把AI卫星的使用寿命限制在五年左右，意味着它们必须更快地实现投资回报。
不过，一些分析师认为这并非大问题，因为新一代芯片的出现速度非常快。“五到六年后，每千瓦时的成本无法产生回报，因为它们已经不再是最新技术了。”Starcloud的首席执行官Philip Johnston对TechCrunch表示。
Solestial是一家正在开发航天级硅太阳能电池板的初创公司，其高管Danny Field表示，业界将轨道数据中心视为增长的关键驱动力。他正与多家公司洽谈潜在的数据中心项目，并表示“任何有足够雄心去梦想的公司，至少都在考虑这件事。”然而，作为一名长期的航天器设计工程师，他并未轻视这些模型中存在的挑战。
“你总是可以将物理规律外推到更大的规模，”Field说。“我很期待看到这些公司如何走到经济上合理、商业案例成立的那一步。”
太空数据中心如何融入其中？
关于这些数据中心的一个突出问题是：我们将如何使用它们？它们是通用型的，还是专门用于推理或训练？基于现有的用例，它们可能无法与地面的数据中心完全互换。
训练新模型的一个关键挑战是大规模协同运行数千个 GPU。大多数模型训练并非分布式进行，而是在单个数据中心内完成。超大规模云服务商正致力于改变这一现状，以提升其模型的算力，但尚未实现。同样，在太空中进行训练也需要多颗卫星上的 GPU 之间保持协调一致。
谷歌“捕日计划”（Project Suncatcher）团队指出，该公司地面数据中心的 TPU 网络吞吐量可达每秒数百吉比特。而目前最快的现成星间通信链路（使用激光）仅能达到约 100 Gbps 的速率。
这促使“捕日计划”提出了一种引人注目的架构：它涉及以编队方式飞行 81 颗卫星，使它们彼此足够接近，从而能够使用地面数据中心所依赖的那种收发器。当然，这也带来了自身的挑战：需要自主性来确保每艘航天器保持在正确的位置，即使为了规避轨道碎片或其他航天器而需要进行机动操作。
尽管如此，谷歌的研究提出了一个警告：推理任务可以容忍轨道辐射环境，但仍需更多研究来了解位翻转和其他错误对训练工作负载的潜在影响。
推理任务不需要成千上万个 GPU 协同工作。这项任务可以用几十个 GPU 来完成，甚至可以在单颗卫星上实现，这种架构代表了一种最小可行产品，也可能是轨道数据中心业务的起点。
约翰斯顿表示：“在太空中进行训练并不是理想的选择。我认为几乎所有的推理工作负载都会在太空中完成”，他设想从客户服务语音助手到 ChatGPT 查询都将在轨道上计算。他表示，他的公司首颗 AI 卫星已经在轨道上进行推理并产生收入。
尽管 SpaceX 向美国联邦通信委员会（FCC）提交的申请中细节寥寥，但其轨道数据中心星座似乎预计每吨计算能力约需 100 千瓦功率，大约是当前 Starlink 卫星功率的两倍。这些航天器将相互连接，并利用 Starlink 网络共享信息；该申请声称 Starlink 的激光链路可以实现拍比特级的吞吐量。
对于 SpaceX 而言，该公司最近收购的 xAI（正在建设自己的地面数据中心）将使该公司能够在陆地和轨道数据中心两个领域占据位置，观察哪个供应链能更快适应。
这就是拥有可互换的每秒浮点运算次数（FLOPS）的好处——只要你能够让它发挥作用。麦卡利普说：“一次浮点运算就是一次浮点运算，它在哪里执行并不重要。”“SpaceX 可以一直扩展规模，直到在地面遇到许可或资本支出瓶颈，然后再转向其太空部署。”