中国在太空计算竞赛中处于领先地位

近日，太空计算前沿领域受到空前关注，马斯克申请发射100万颗卫星建设太空数据中心的消息引发热议。 “打通空间计算电源线，是支撑我国航天事业高质量发展、保障国家航天安全的战略举措。”今年两会期间，全国人大代表、北京航空航天大学教授张涛提出了建设空间算力星座的倡议。他认为，“空间计算是短期投入大、长期回报高的制胜战略途径，不仅是解决计算能力瓶颈的终极解决方案，也是国家安全、数字经济等、航天强国的核心支撑。”一个曾经被认为是在太空轨道上部署计算能力的“幻想”的想法已经成为一个新的想法。各国达到未来高度的道路。为什么要把算力送上天？空间计算是指在卫星、空间站等空间轨道平台上实现数据处理、存储、智能分析和决策能力的新型计算范式。 “目前，学术界还没有一个全球统一的标准定义，但其主要含义是非常一致的：将主要功能从地面数据中心转移到太空基地，在轨道上构建分布式计算节点，最终进行需要多天时间的计算，即在太空收集数据、在太空处理、在太空决策。”张涛介绍。目前，卫星在太空收集数据并发送给地球进行处理。一颗完全运行的卫星可以产生大量数据，但最终传输到地面的数据不到 10%。 “地面站主要建在大陆，卫星只能返回当它“通过”地面站时的数据。 “中转时间有限，所以大量数据会被卡住。”北京邮电大学计算机系主任、天算星座.di首席研究员王善光表示。成都国星航天科技有限公司（以下简称国星航天）常务副总裁赵宏杰告诉科技日报记者：“对于单个地面接收站来说，发送卫星数据的有效通信时间约为10 分钟。但目前，超高分辨率遥感卫星同时生成的原始图像数据量可达数百GB（千兆字节），高速传输需要数十分钟，但受大气干扰和带宽限制的影响，时间甚至更长。为了处理在轨数据并返回所需结果数据的含金量大幅提升，地面数据中心面临功耗、接地、散热等瓶颈。北京理工大学发布的报告显示，未来五年全国数据中心用电量年均增速将达到20%，远超全社会用电量增速。太空成为解决地面算力“能源不安全”的理想场所。赵宏杰解释道：“首先，太空没有大气障碍，太阳能取之不尽、用之不竭，利用效率高。其次，地面数据中心40%的电力用于冷却服务器。太空具有低温真空环境，可以显着降低冷却能耗。” “在太空部署计算中心可以构建可持续、低成本、全覆盖的计算中心人工智能空间基础设施，将高耗能计算产业转变为绿色产业。更重要的是，空间计算可以显着提高数据处理效率，实现从‘天计算’到‘天计算’的转变。“一天计算的转变，满足了各种低延迟、高实时数据场景的需求。”赵宏杰说。各国正在加快部署以获得优势。目前，西方国家将太空计算视为未来获得技术和经济竞争优势、加速部署的重要领域。2 2025 年 11 月，美国星云公司发射了第一颗搭载 NVIDIA 核心的卫星，这是谷歌的大型测试卫星模型。马斯克还为星链V3卫星添加了数据处理模块。谷歌称“Suncatcher”。该公司宣布启动“Project”，并宣布计划发射两颗原型卫星装备2027 年初采用 TPU 芯片。2026 年 1 月，SpaceX 申请在近地轨道部署 100 万颗卫星，为全球人工智能项目提供关键支持。此外，欧洲也在规划太空计算，阿联酋、日本、俄罗斯、印度等都处于技术验证的早期阶段，全球正在产生计算能力的浪潮，中国一定会学习计算能力。 “2020年，北京邮电大学联合多部门合作建设了开源航天计算在轨测试平台“天算星座”。该项目于2021年10月启动，2023年1月首颗主卫星北友一号成功发射。2025年，形成包含6颗低轨卫星的星座系统。2025年，华星航天与浙江研究院联合发射了世界上第一个空间计算卫星星座，它包括12颗计算卫星，拥有80亿参数的空间模型，标志着我国首次在轨道上实现全信息化。互联空间计算星座正式进入组网阶段。王尚光谈到了各国空间计算的技术进步，表示SpaceX现在已经有了星间链路，并且拥有广泛的中国卫星网络能力。从实验测试到全面部署，根据中心的建设情况，大家都处于构思和规划阶段。 “国外大公司将在2025年底前集中进入这一领域，而中国在这一领域正在早启动、早验证、早实施、早应用。中国在全球率先实现了空间计算星座的轨道网络运行，具有先发优势。”张涛告诉记者，日本正在主动制定计划。未来五年将是巩固优势、构筑壁垒的黄金时期。我们将充分利用新国家体制，发展国家战略和产业合作。必须在算力、技术独立性、标准领先性等方面牢牢占据空间计算的制高点。有许多根本问题需要解决。 “卫星计算非常有限，星间计算很常见，很难将计算从卫星透明传输到地球。”王尚光用一句顺口溜解释了太空计算的难点：“只有先克服星上计算能力和卫星间网络通信的瓶颈，才能真正建设太空数据中心。” “由于卫星空间有限和航天级芯片有限等因素，卫星计算在很大程度上受到限制。”然而，天体星座实验发现，真正限制空间计算性能的关键在于ce的主要问题是散热。 “卫星在经过阴影区域和阳光照射区域时，温度变化很快，热设计不当会扰乱卫星的热平衡。卫星严重依赖太空辐射散热，效率较低。卫星平台在处理计算任务时，散热不良会导致多种问题，包括算力骤降、因过热而引发频率下降和停机保护等问题。“星间计算频率”是指当卫星平台在运行计算任务时，计算能力会突然下降，导致频率下降和停机。不断移动，网络拓扑变化频繁，会影响卫星之间的分布式计算，而且由于没有地球兼容的IP协议，卫星与地球之间将无法透明传输加密计算，这将成为卫星与地球之间的主要技术。实现低轨道卫星星座的卫星间网络。张涛表示，不同轨道运行的多颗卫星之间的高精度波束对准和稳定构建是重大技术挑战。 400Gbps（吉比特每秒）星间激光通信测试，量产成本高，轨外链路建设效率低。 “与美国Starlink V3的400Gbps量产能力还有差距。”大规模卫星建设还取决于商业航天技术的成熟程度。 “火箭运力不足和发射成本过高是我国航天计算发展的两大挑战。王尚光告诉记者：“一方面，大运力火箭没有大规模部署，一枚火箭能送入轨道的卫星数量有限。另一方面，在我国，回收和商业再利用火箭尚未成熟，发射成本太高。 “我国目前的发射成本为每公斤5万元，可回收火箭还处于验证期，预计2026年将下降到每公斤2.5万元，但距离大规模成本所需的每公斤5000元还很远。” “未来，当空间计算能力达到100,000 POPS（每秒101次常见操作）的水平时，平台的功耗将达到兆瓦级别。”目前，商业卫星的太阳翼面积通常为30至40平方米，功率仅为1千瓦。未来，超大平方公里的柔性太阳翼需要在太空展开，在结构折叠、展开和辐射防护等方面提出了重大的工程挑战。 “成本预计将达到一个临界点，”赵宏杰说。中国航天科技集团公司近日宣布，将建设“十五五”建设吉瓦级空间数字智能基础设施，构建云、边、端一体化的新型空间系统架构 北京还公布了《空间数据中心建设规划》，计划在距地球700至800公里的早晚轨道建设大型数据中心系统。 “未来五年将是空间计算发展的关键时期。”王尚广表示，“十五五”期间，大容量火箭可回收性、星间网络通信等一系列技术难题将被攻克，空间计算有望进入快车道。对于发射成本，赵宏杰持乐观态度。 “空间计算的初期投入确实很高，但其长期综合效益会越来越明显。”针对散热问题，北京邮电大学开发了热自适应调度机制和轻量级太空操作系统，试图在能源、计算能力和散热之间找到动态平衡点。 “这与电网配电的逻辑非常相似，即在不超载的情况下实现最大利用率。”王尚光认为，通过科学的调节机制，让芯片始终运行在“不过热、不停机、少错误”的最佳状态，是目前最切实可行的解决方案。从星间组网的角度来看，国星宇航正在致力于新一代高性能激光通信有效载荷技术。 “与传统的单链路场景不同，我们致力于投入超高速相干光通信系统架构，开发融合终端。支持多种场景复用。”赵宏杰透露，这一系列突破有效开启了超高速相干光通信系统架构的发展。即使在空间背景复杂扰动的情况下，也能实现高可靠、低时延的星间链路。今年以来，太空太阳能发电概念持续升温，受到资本市场关注。太空虽然太阳能发电技术还处于早期探索和验证阶段，但未来，如果太空运输能力有重大突破，入轨成本将大幅增加。 “凭借其成本优势和规模化制造能力，将为我国太阳能产业链带来新的机遇。”十五五期间，“火箭”的产能和成本对未来五年充满信心。但空间计算也是商业航天、航天信息和人工智能的深度融合，如此复杂、专业的产业需要精心设计。王尚光先生坦言：国家探索是大学和企业的自发探索。去年，一些地方政府开始关注这一领域，但尚未纳入国家高层规划。在先进产业发展的初级阶段，除了产业界和学术界的研究努力外，政治引导和方向性领导也很重要。 “赵宏杰希望国家能够进一步明确太空计算作为建设航天强国的重要方向。” “国家战略层面的明确指引，将成为企业探索前沿路径的勇气源泉。”空间计算具有广泛的应用前景，包括数字经济、低空经济、应急安全等领域。张涛建议，应加强空间算力系统的系统规划和总体设计，重点关注其应用驱动力cted。同时，希望加快出台专项支持政策，建立审批“绿色通道”，构建更加紧密的开放合作机制，加快前沿技术与现实场景的精准对接，推动空间计算技术的迭代和成本优化。我们精炼具有国际竞争力的硬产品。
（编辑：张冲）