未來十年，人類將以前所未有的方式進入太空，多個商業(yè)空間站和數(shù)千顆衛(wèi)星將發(fā)射進入近地軌道。歐盟和一些科技巨頭正在研究將數(shù)據(jù)中心送入太空軌道運行的可能性，打造一個由數(shù)據(jù)中心、邊緣計算組成的為太空軌道經(jīng)濟服務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。

一些巨頭已經(jīng)行動起來。微軟日前宣布為其Azure云平臺開發(fā)一個新的太空軟件開發(fā)工具包，并與天基（space-based）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)初創(chuàng)廠商LEOcloud建立合作關(guān)系，目的是在新興商業(yè)空間站開發(fā)商Axiom Space的空間站上提供基于太空的云計算服務(wù)。而就在一周前，IBM也公布了與Sierra Space合作開發(fā)太空計算基礎(chǔ)設(shè)施的消息。 

盡管這些解決方案有望在十年內(nèi)實現(xiàn)，但歐盟委員會認為可以更快地將數(shù)據(jù)中心遷移到太空，以實現(xiàn)凈零排放目標，并應(yīng)對不斷上漲的電價，因為電價不斷上漲加劇了數(shù)據(jù)中心的運營成本。

花旗銀行日前發(fā)布的報告顯示，到2040年，將有效載荷送入太空軌道的成本可能會低至33美元/千克，而在地球上運營一個大型數(shù)據(jù)中心的能源成本以及對環(huán)境的不利影響將繼續(xù)上升，例如在倫敦運行的數(shù)據(jù)中心的電價每度將達到1美元。另據(jù)一項調(diào)查，在全球范圍內(nèi)運營的數(shù)據(jù)中心使用的電力達到220～320TWh，要求禁止新建數(shù)據(jù)中心的呼聲越來越高。 

歐盟委員會為了實施“地平線”計劃，已與泰雷茲阿萊尼亞航天簽訂合同，由該公司對于在太空軌道運營的數(shù)據(jù)中心進行可行性研究。該研究名為歐洲凈零排放和數(shù)據(jù)主權(quán)高級空間云（ASCEND），主要研究“太空云”是否有助于世界各國在2050年達到碳中和，因為太空數(shù)據(jù)中心的能源可以直接來自太陽能。

太空數(shù)據(jù)中心與凈零目標

泰雷茲阿萊尼亞航天技術(shù)總監(jiān)Yves Durand解釋說，這一研究的首要目標是評估發(fā)射和運營太空數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的碳排放是否能夠低于地面數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的碳排放。 

他表示:“這是一個雄心勃勃的計劃。我們希望了解數(shù)據(jù)中心在太空運營是否會降低碳足跡，但要做到這一點，需要在太空中投入更多的資金。”這意味著需要降低運載火箭發(fā)射成本，允許重復(fù)使用，將更多的物品一次性送入太空，并減少所需的發(fā)射次數(shù)。 

另一個設(shè)想是在距離地球約3萬公里的地球同步軌道上，將數(shù)據(jù)存儲在一個非龐大的衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中。

除了考慮對環(huán)境的影響之外，還有成本因素。地球上運行的數(shù)據(jù)中心需要額外的能源進行冷卻以及維持運行的電力。將數(shù)據(jù)中心發(fā)送到太空軌道將節(jié)省大部分成本，因為數(shù)據(jù)中心的能源來自太陽；并在真空環(huán)境中得以冷卻，因為在沒有陽光直射的地方，溫度會降到-170℃。 

不過，太空中的極端環(huán)境也有缺點，那就是需要為衛(wèi)星內(nèi)部運行的數(shù)據(jù)中心設(shè)備保持一致的溫度。這涉及到IT硬件的重新設(shè)計，這些硬件需要承受每天數(shù)千次從-100℃到100℃以上的溫度循環(huán)沖擊。

處理極端情況和輻射 

軌道計算制造商Ramon首席執(zhí)行官Avi Shabtai表示，在太空運營數(shù)據(jù)中心，需要制出能夠承受高強度太陽輻射的芯片，以及可以在沒有人為干預(yù)的情況下運行長達15年的硬件。 

Shabtai解釋說:“一旦進入太空，數(shù)據(jù)中心就會受到一些極端情況的影響，其中之一就是輻射。這對電子產(chǎn)品非常不利，如果沒有采用防輻射設(shè)計，在地球上運行的絕大多數(shù)設(shè)備難以在太空中長久運行，因為輻射將會損壞芯片和電路。” 

為了緩解這種情況，Ramon.Space已經(jīng)開發(fā)出了新的太空加固芯片電路和硬件。Shabtai將其描述為“現(xiàn)成的太空商業(yè)產(chǎn)品”。他說:“它們是在常規(guī)工藝中批量生產(chǎn)的可以承受輻射的非常先進的組件。一旦有了這樣組件和元件，就可以開始構(gòu)建IT系統(tǒng)進行散熱，保持一致性。” 

Ramon.Space是由LEOCloud、Microsoft Azure和Axiom Space組成的聯(lián)盟，其為國際空間站建造第一個商業(yè)化模塊數(shù)據(jù)中心，計劃于2024年發(fā)射。該聯(lián)盟計劃將邊緣計算技術(shù)引入太空，包括可以訪問AWS、IBM、微軟Azure和Red Hat服務(wù)。 

降低延遲并提高安全性 

LEOCloud首席執(zhí)行官Dennis Gatens表示，“太空云”有一個巨大的潛在市場，主要是由那些在太空中運行的衛(wèi)星驅(qū)動的，這些衛(wèi)星可以利用就近的邊緣計算基礎(chǔ)設(shè)施處理數(shù)據(jù)，而不必將數(shù)據(jù)發(fā)送回地球。

這在產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)時特別有用，因為在太空軌道上處理數(shù)據(jù)相比將數(shù)據(jù)發(fā)送回地球上的數(shù)據(jù)中心處理，減少了延遲，并提高了安全性。這一價值主張基本上與地球上的邊緣計算相同，也就是將資源和服務(wù)盡可能地轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)來源或用戶附近。

雖然最初的用例是為了在太空軌道上提供云計算擴展和邊緣處理，以便讓越來越多的太空硬件運營公司更有效地管理設(shè)備，但Gatens認為未來可以看到更多的數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到軌道上。 

他預(yù)計:“在近地軌道(LEO)、地月(地月之間)，以及更遠的地方，對專用數(shù)據(jù)中心設(shè)施或空間站將會有更多的需求。這些數(shù)據(jù)中心可供地球和太空用戶使用，并為兩者提供混合云選項。”

微軟的Azure軌道空間SDK已經(jīng)允許程序員在軌道平臺上創(chuàng)建、部署和操作應(yīng)用。該應(yīng)用套件提供了一組模板、示例和文檔，以方便太空開發(fā)人員啟動和運行常見的工作負載模式，例如地球觀測圖像處理。

“太空云”的潛在市場 

IBM也與Sierra Space合作建設(shè)太空云計算基礎(chǔ)設(shè)施，它將允許各種衛(wèi)星和設(shè)備在太空軌道上通信，使數(shù)據(jù)更容易在地球和太空之間流動。Sierra Space曾為Orbital Reef商業(yè)空間站開發(fā)人類居住模塊，該空間站由亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝佐斯創(chuàng)辦的商業(yè)太空開發(fā)商Blue Origin領(lǐng)導(dǎo)。

雖然建造太空云的初步工作已經(jīng)開始，并且正在努力創(chuàng)建底層基礎(chǔ)設(shè)施，以使4400多顆衛(wèi)星能夠更好地進行通信，但將整個數(shù)據(jù)中心送入太空的更廣泛目標更是一個長期的夢想。

不過Durand表示，假設(shè)可行性研究表明，這將對實現(xiàn)凈零產(chǎn)生積極影響，人們可以在2030年代中期開始看到太空數(shù)據(jù)中心的早期部署，并在本世紀中葉建立更廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施。

Futurum Research高級分析師Steven Dickens指出，“隨著氣候變化的深入，我們需要尋找創(chuàng)新的方法來降低日益增長的計算需求對環(huán)境的影響。當運載火箭發(fā)射成本的降低和商業(yè)太空飛行成為常態(tài)，在太空運行數(shù)據(jù)中心變得越來越可行。希望在不久的將來看到這種創(chuàng)新成為現(xiàn)實。”

一般認為，太空云計算基礎(chǔ)設(shè)施將支持快速增長的軌道經(jīng)濟，包括制造業(yè)、太空太陽能、太空旅游甚至小行星采礦。花旗銀行在研究報告中聲稱：“我們預(yù)計最快的增長來自新的太空應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)，例如太空太陽能、太空物流和月球/小行星采礦等。到2040年，這些行業(yè)領(lǐng)域的年銷售額可能達到1000億美元左右。”