通过对公开数据和物理学原理的分析,本文探讨了在近地轨道(LEO)部署数据中心的技术与经济可行性。分析指出,尽管轨道计算面临高昂的发射成本和严峻的散热挑战,但在具备高度垂直整合能力的企业推动下,其成本有潜力接近地面数据中心。核心论点是,轨道计算的成功与否完全取决于成本竞争力,而非其他次要优势。热力学散热是当前最核心的技术瓶颈,其未来依赖于极限的成本控制和技术突破,并可能对未来太空经济的发展产生深远影响。
核心发现:成本是唯一的衡量标准
轨道计算的商业前景完全依赖于其经济性。如果不能在单位算力成本上与地面数据中心竞争,这个想法就无法成立。
轨道计算若要在商业上成立,就必须在成本上击败地面方案。仅仅依赖“空间广阔”或“阳光充足”等理由是站不住脚的。
模型分析显示,在理想条件下,特别是当一个实体(如 SpaceX)能够同时控制发射、卫星制造和运营等环节时,轨道计算的成本可以大幅降低,具备与地面设施竞争的潜力。这种极致的垂直整合是降低成本、实现经济可行性的关键。
主要技术瓶颈:真空中的热力学难题
轨道计算面临的最大工程挑战是散热。
- 地面数据中心: 利用空气或水进行对流冷却,将废热排放到大气或水源中,地球相当于一个无限大的散热器。
- 轨道数据中心: 在真空中,无法进行对流。唯一的散热方式是通过辐射,即将热量以红外线的形式发射到太空中。
热辐射的效率由斯特藩-玻尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann law)决定,其中温度的四次方(T⁴)是关键因素。这意味着,散热表面的温度必须足够高,才能有效地将计算产生的大量废热辐射出去。工程挑战在于,必须确保在散热的同时,芯片的工作温度低于其安全上限。
能量平衡与散热设计
为了维持正常运行,轨道数据中心的散热系统必须处理所有输入能量,这些能量最终都会转化为热量。
- 太阳能输入: 太阳能电池板在吸收太阳光的同时,一部分能量(约 22%)转化为电能,驱动计算设备。
- 废热产生: 计算设备(如 GPU)消耗的电能 100% 转化为废热。
- 直接热吸收: 未被转化为电能的绝大部分太阳能(约 78%)会直接作为热量被电池板吸收。
- 总热负荷: 散热系统必须同时处理计算设备产生的废热和太阳能板直接吸收的热量。本质上,所有被吸收的太阳能最终都必须通过辐射方式排掉。
模型结论:理论上可行
要保证芯片结温不超过 85-100°C 的安全上限,考虑到热传导的损耗,散热器表面的温度必须控制在约 75°C 以下。
基于一个双面太阳能电池板(一面光伏,另一面作为散热器)的模型分析显示:
- 在考虑了太阳直射、地球红外辐射和计算设备返还的热量后,系统的稳态平衡温度(Teq)预计为 62.6 °C。
- 这个温度低于 75°C 的设计上限,并留有 12.4 °C 的安全裕度。
这表明,从热力学第一性原理出发,在轨道上为大规模计算设施进行散热在物理上是可行的。然而,这依赖于精密的工程设计和对所有热源的精确管理。
这或许不合常理,但它在物理上或许是可能的。