研究背景与核心问题 - 近地轨道卫星星座产生海量“太空原生数据”，规模可达每星每日数十太字节（TB）[2] - 人工智能与高性能计算驱动全球能源密集型数据中心建设，导致电力消耗与碳排放急剧攀升[2] - 传统“弯管”式数据处理模式将所有太空数据下行至地面处理，加剧通信延迟和地面数据中心能源环境负担[2] - 探索从源头处理数据并降低碳排放的新型计算基础设施架构至关重要[2] 太空环境可持续性优势 - 近乎无限的太阳能资源：地球轨道太阳能密度远高于地表，不受天气昼夜影响，可为高功耗计算设备提供持续稳定零碳电力[3] - 极致散热条件：接近绝对零度（约-270°C）的深空背景构成天然热沉，通过辐射冷却技术可实现计算散热“零水耗”、“零能耗”与“零碳排放”[7] 轨道数据中心技术框架 - 研究构建了层次化的“轨道数据中心”技术框架，包含两个相互补充的组成部分[8] - **轨道边缘数据中心**：将数据采集卫星升级为具备星上智能处理能力的计算节点，集成传感器、AI加速器、太阳能电池阵及高效热管理子系统，实现“在轨信息提取”，仅下传高价值低容量信息产品，极大缓解下行带宽压力并降低延迟[9] - **轨道云数据中心**：构想由部署在近地轨道的计算卫星星座组成的分布式轨道计算平台，每颗卫星是搭载高性能通用服务器和高速宽带通信的“太空服务器”，具备双重服务能力：处理轨道边缘数据中心的复杂计算任务；作为地面计算任务的碳中和外包计算平台，通过“碳感知”智能调度系统优化全局碳效率[11] 全生命周期碳效率评估 - 研究创新性提出“全生命周期碳利用效率”评估指标，将评估边界扩展到制造、发射、在轨运行及寿命终结处置等所有环节的碳排放[13] - 初步建模分析表明，尽管轨道数据中心在制造和发射环节产生显著“一次性”碳排放，但凭借在轨运行期间的持续碳中和优势，其全生命周期碳效率有望超越依赖中等碳强度电网的地面数据中心，并逐步逼近由全可再生能源供电的先进地面数据中心水平[13] 技术挑战与未来展望 - 首要技术瓶颈是太空辐射环境对商用高性能服务器可靠性的威胁，未来发展有赖于专用于太空数据中心的抗辐射加固技术成熟[15] - 经济可行性挑战在于卫星平台、高性能服务器及发射服务成本高昂，初始巨额资本投入是规模化部署的主要障碍[15] - 小规模轨道边缘计算已进入技术验证与初步商业探索阶段[15] - 轨道云数据中心作为长远目标，其发展有望牵引空间能源、热控、通信与高性能计算技术在极端环境下的协同突破，为构建全球覆盖、低延迟、环境友好的下一代绿色算力基础设施奠定基础[15] 研究意义总结 - 研究首次系统性地勾勒了天基计算基础设施的完整架构蓝图，并建立了配套的全生命周期环境效益评估方法论[16] - 为高效处理日益增长的太空数据提供创新解决方案，为破解地面数据中心高碳困境提供前瞻性思路，为未来可持续计算技术发展指明方向[16]