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作者 |肖恩

编辑 |德新

今年 1 月底，SpaceX 向美国联邦通信委员会（FCC）递交了一份申请，计划在 500 到 2000 公里高的轨道上部署最多 100 万颗卫星，用太阳能供电、靠激光互联，组成一张专门跑 AI 的算力网络。随后 SpaceX 宣布合并 xAI，合并后估值 1.25 万亿美元，轨道数据中心就此成了马斯克讲给资本市场的新故事。

他在 1 月的达沃斯论坛上说过，这件事是"no-brainer"，两年、最多三年之内，太空就会成为部署 AI 最便宜的地方。但是到了 4 月，SpaceX 在招股书的风险提示里又写道，轨道数据中心涉及大量未经验证的技术，"可能永远无法商业化"。

百万颗卫星至今还停留在申请文件上，Google 这边已经把 TPU 送进了轨道。

10 月 1 日，一枚猎鹰 9 号火箭从加州范登堡太空军基地起飞，执行 SpaceX 的 Transporter-18 拼车任务，130 多个载荷里夹着一颗冰箱大小的卫星，里面装的是 4 颗 Google 自研的 Trillium TPU。Google把这个计划叫做Project Suncatcher（捕日者计划）。

这颗卫星的配置相当朴素，4 颗 TPU 在地面数据中心里连一个机柜都填不满，它在轨运行 Google 的开源模型 Gemma 时，因为散热问题每次只能连续工作 15 分钟，然后就要停下来等芯片冷却。项目负责人、Google 高级总监 Travis Beals 自己也把它称作"一次非常小的测试"。他说，未来五年里，在太空建AI数据中心都不会比在地面便宜。

但是这颗只能跑 15 分钟的卫星，给 Google 提供了芯片在太空运行的真实信息，也是 AI 太空计划的第一批探路者。

一、为什么是太空：晨昏轨道上的 8 倍阳光？

很多人会以为在太空建数据中心的想法是马斯克先提出来的，毕竟他在达沃斯说过太空会成为部署 AI 最便宜的地方。

其实早在2023 年欧盟就资助 Thales Alenia Space 做过可行性评估，结论是技术上走得通。2024 年创业公司 Starcloud 发过一份白皮书，专门算太空数据中心的经济账。

建立太空数据中心的根本原因是地面上缺电。

Google CEO 皮查伊在 5 月的开发者大会上说，Google 今年的资本开支预计在 1800 亿到 1900 亿美元之间，是 2022 年的六倍多，这些钱大部分要用于数据中心。而一座数据中心能建多快，越来越取决于当地电网能给出多少容量、并网要排多久的队。

前面提到的那位Google 高级总监 Beals 对美国国家公共广播电台说，太阳几乎提供了太阳系里全部的能量，人类开发过的其他能源加在一起也只占其中极小的一部分，利用太阳能最好的地方可能就在太空。皮查伊宣布项目时也引用过一个数字，太阳的输出功率是人类总发电量的 100 万亿倍以上。

不过 Google 内部最开始是怀疑这件事的，Beals 回忆说，团队做的第一件事是去找这个想法行不通的理由，"但我们逐渐相信，它也许真的可行"。

在地面上用太阳能，绕不开昼夜、天气和大气衰减，到了太空，这些限制大多都不存在了。

按 Google 的计算，同一块太阳能板放在合适的轨道上，发电量是地面的 5 到 8 倍。团队比较过多种轨道，其中包括地球同步轨道，最后选了约 650 公里高的晨昏太阳同步轨道，卫星沿着地球的晨昏线飞行，太阳能板几乎 24 小时都能晒到太阳，离地面不算远，能平衡通信时延和发射成本。

Google 的太空数据中心分为三层，单颗卫星是最小单元，每颗搭载几十颗 TPU。往上一层是卫星集群，2025 年 11 月 Google 的论文里设计过一个方案，81 颗卫星在半径 1 公里的范围里编队飞行，相邻卫星只隔 100 到 200 米。再往上把多个卫星集群连起来。

这次入轨的卫星 由 Google 和卫星公司 Planet 共同打造，只验证最底层的问题：芯片在太空里能不能正常工作。至于卫星之间如何连接，安排在 2027 年的第二次发射任务上。

Google 没有为太空专门设计一款芯片，按照航天业的惯例，电子器件上天前要经过漫长的宇航级认证，性能往往比地面产品落后好几代。为了让太空算力可以和地面芯片一起迭代，Google 选择直接把数据中心里正在用的 Trillium TPU 送上天，也是目前唯一用自研芯片上天的科技巨头。

一颗没有经过加固的商用芯片，能否经得住太空运行环境的考验，这是这次上天的首要任务。

二、发射与辐射：谷歌 TPU 扛住了第一关

芯片要上天，发射本身就是一道难关。

火箭从起飞到进入近地轨道大约 10 分钟，这期间整颗卫星要承受剧烈振动和最高 10 倍重力的持续加速度，传到 TPU 这样的单个部件上，载荷还会被放大到 50 到 100 倍重力。

为了让芯片不被震坏，Planet 给这颗卫星设计了定制封装，测试时工程师把封装好的原型固定在振动台上，按火箭发射的频率在三个轴向上反复晃动。这类早期的振动测试很少按预期进行，所以结果出来时 Google 团队都有些意外，TPU 扛住了。

进入轨道以后，威胁就从振动换成了辐射，因为在地面上，地球大气像一层毯子，挡住了来自太阳活动和宇宙射线的大部分高能粒子，卫星头顶却没有这层保护。

这些粒子对芯片的伤害有两种，一种是单粒子翻转，高能粒子打中存储单元，把 0 翻成 1 或者把 1 翻成 0；另一种是总电离剂量，也就是长期泡在辐射环境里造成的累积损伤，它决定了芯片的寿命。

Google 把 TPU 带到了加州大学戴维斯分校的 Crocker 核实验室，用 67 兆电子伏特的质子束直接轰击，芯片同时运行真实的 AI 负载。

论文里的结果是，在这条轨道上飞 5 年，有屏蔽的情况下辐射累计剂量约 750 拉德，而 TPU 上最脆弱的高带宽内存 HBM 直到 2000 拉德才出现异常，辐射一直加到 15000 拉德，约为 5 年任务剂量的 20 倍，也没有出现硬件故障。

束流测试里还第一次出现了静默数据损坏（SDC），芯片算错了却不报错，输出看起来一切正常。

这些错误对推理和训练的影响完全不同，Beals 对 TechCrunch 说，如果是一般的推理任务，错误率非常低，大约只有百万分之一，对任务的影响不大，可几千颗芯片连续跑上几个月的超大规模训练，即使是百万分之一的错误率也不能接受，因为一个没被发现的错误会在之后的迭代里不断累积。

因此在早期，太空算力会先承担推理，训练还会留在地面。

振动和辐射这两道难关，Google TPU 在地面上的模拟测试都通过了，商用芯片直接上天的路线初步走通了。

在这之后还有一道更棘手的问题：散热。

三、散热：TPU一次只能运行 15 分钟

SpaceX 在 Starmind 的官网上写，热量在真空中可以"自由辐射"出去，不再需要冷水机、冷却塔和风扇，冷却能耗降低一个数量级，但是 Google 在博客里的说法完全不同：散热是轨道数据中心的"关键研究难题"。

两边都没错，只是各讲了一半。

地面数据中心靠风扇和液冷管路把热量带走，冷却塔排进大气，这套系统本身就要消耗大量电力，到了太空确实省掉了。但真空同时也是最好的保温层，没有空气对流，没有冷却液循环，芯片产生的热只能从物体表面一点一点辐射出去。

太空虽然冷，真空却是一个"糟糕的散热场所"。

慢到什么程度呢？Suncatcher 团队负责热设计的工程师给出过一组数字，辐射器每平方米只能散掉几百瓦的热量，TPU 却在一只手就能握住的区域里产生数千瓦的热量，一颗巴掌大的芯片就要配好几平方米的辐射板，放大到数据中心的规模，如果要散掉 1 兆瓦的热量，大约需要 1200 平方米的辐射器，差不多是三个篮球场那么大。

TPU 每次只能跑 15 分钟就是这个原因，卫星就那么大，能展开的辐射板面积有限，TPU 满负荷运行时产生的热量排不完，就会在卫星内部越积越多，所以只能跑一会儿停一会儿，等热量散出去再继续。

辐射板不只占地方，还是这次任务里最重的部件之一，卫星每重一公斤，都会增加发射的成本。

Google 的办法是先把热量转移出去。TPU 装在卫星腹部，热量高度集中，团队尝试用热管和泵送流体回路，把热量从内部运到外表面，再交给辐射板。这套热控技术在过去的航天器上用过很多，但是 Google 想让 TPU 产生的功率远远超过以往航天器上的任何电子设备。

目前这套方案只在地面的热真空舱里试过，舱内同时模拟太空的温度和真空，在轨道上到底行不行，还要等卫星回传数据。

卡内基梅隆大学教授 Brandon Lucia 算过一笔账，卫星上耗电越多就意味着在那个狭小的空间里会堆积更多的热量，而这类在地面上习以为常的工程问题搬到太空以后，成本和复杂度会被放大 10 倍甚至 100 倍，"所以必须有足够大的回报"。

地面数据中心坏了一块板子，工程师直接换掉就行，一旦天上的卫星坏了，就只能靠冗余设计或者直接报废。

一颗卫星能装多少算力，取决于它能散掉多少热量。辐射和振动可以靠更好的封装和纠错来应对，但散热受制于物理规律，这次卫星回传的在轨热控数据，会直接决定下一颗卫星能装多少颗 TPU。

四、太空数据中心绕不开 SpaceX

散热决定了一颗卫星能装多少算力，发射成本则决定了太空数据中心这笔账能不能算得过来，而主动权掌握在 SpaceX 手里。

Google 在论文里计算过，发射价格要降到每公斤 200 美元以下，太空算力的成本才能和地面打平，但是猎鹰重型现在的发射价格约为每公斤 1800 美元。按 Google 的推算，星舰要在未来十年里发射约 1800 次，才能把价格压到这条线以下。

现在能把发射成本往下压的只有 SpaceX，它发射的卫星占了 2025 年全球总数的 85%，所以短期内想在太空建数据中心，只能坐 SpaceX 的火箭，Google 这次也不例外。

发射只是两家关系里最浅的一层。Google 还是 SpaceX 的老股东，2015 年投资的约 9 亿美元，在 SpaceX 今年 6 月上市后已经涨到了 941 亿美元。Alphabet 二季度 990 亿美元的投资收益，主要就来自 SpaceX 和 Anthropic 的股份。

Google 同时还是 SpaceX 的大客户。据 SpaceX 的上市文件披露，Google 每月要付给它 9.2 亿美元，租用 xAI 数据中心里约 11 万块英伟达 GPU，合同从今年 10 月开始全额计费，正是 Suncatcher 上天的这个月，Google 一边把自家的 TPU 送上太空，一边还要在地面上找 SpaceX 租算力。

到了太空算力上，两家又成了对手，SpaceX 在 8 月 4 日公布了Starmind 计划，要用搭载英伟达 Rubin GPU 的卫星在轨道上建数据中心。这几层关系叠在一起，Google 实际上是在两头下注，Starmind 成功了，Google 作为股东跟着受益，Suncatcher 成功了，Google 的 TPU 就在太空里占住了位置。

不过同样押注太空算力，两家的路线正好相反。SpaceX 是先上规模，用数量摊薄成本，Starmind 的卫星工厂最早 2027 年底就要开始批量生产数千颗卫星。这是马斯克的惯用打法，当年就是靠星链撑起的发射规模，才摊薄了猎鹰 9 号的发射成本。这一次，Starmind 很可能会给星舰扮演同样的角色，每多发一批算力卫星，星舰就多飞一次，发射成本也会跟着降低。

SpaceX 这么激进，底气来自它的算力租赁业务。它和 Anthropic、Google 签的两份合同，一年加起来约 260 亿美元，比 SpaceX 2025 年的全部收入（约 187 亿美元）还多。但是地面数据中心的扩张受制于电网，用马斯克的话说，太空是数据中心唯一还能继续扩张的地方。

Google 走的是另一条路径，先验证技术，等成本降到平衡点再扩大规模。这次的卫星只装了 4 颗 TPU，2027 年的第二次任务也只发两颗卫星，皮查伊估计，要到十年以后，太空数据中心才会成为一种正常的建设方式。Google 之所以这么谨慎，是因为它在这件事上站在买方的位置，发射要找 SpaceX 买，算力也要找 SpaceX 租，成本降不下来，就没有理由急着扩张。

把视角拉回国内，其实中国在太空算力上的起步并不晚，2025 年 5 月，之江实验室和国星宇航就一次发射了 12 颗计算卫星，在轨运行着 80 亿参数的遥感模型，今年 7 月 24 日，搭载沐曦 GPU 的"云尖沐曦号"和带着一台 8 卡服务器的北京太空数据中心试验星"辰光一号"也进入了轨道，比 Google 的原型星还早了两个多月。

但国内的短板在发射成本，因为这几次发射用的都是一次性火箭。国内商业发射的价格目前大约在每公斤 5 万到 10 万元人民币，长光卫星在招股书里披露的实际支出就在每公斤 7.5 万到 10 万元之间，而 SpaceX 猎鹰 9 号的报价是每公斤 3600 美元左右，约合 2.6 万元人民币。

国内的火箭回收技术也刚刚开始走向商业化，今年 8 月 19 日，蓝箭航天的朱雀三号才第一次成功回收一子级，而这对 SpaceX 来说早已是一项成熟的业务。朱雀三号的设计目标是把价格压到每公斤 2 万元人民币以内，约合 2800 美元。但是 3600 美元只是 SpaceX 对外的报价，如果只算成本，马斯克曾说过，复用一枚猎鹰 9 号的边际成本约 1500 万美元，折合每公斤不到 1000 美元。也就是说，朱雀三号的目标就算实现了，也只是追上 SpaceX 的报价，离它的成本还差两三倍。

在太空建数据中心，除了要过技术关，更大的问题是成本，而低成本发射恰恰是 SpaceX 最大的护城河。

五、结语

4 颗 TPU，每次只能跑 15 分钟，算力几乎可以忽略不计。

但在这颗卫星之前，太空数据中心只停留在 PPT 和 FCC 的申请文件上，Google 率先把芯片送上太空。它从轨道上带回来的数据不仅是真实的数据，也是下一代卫星和 TPU 的设计基础。

太空数据中心是如皮查伊所说还需要10年时间，还是像马斯克在达沃斯预测只要两到三年，现在还没有定论。但是可以确定的是，AI的太空时代已经开始了。

在这之前先要做的是把火箭发射的成本降低。