1. ИИ требует наличия центров обработки данных.
2. Центры обработки данных имеют большие размеры и потребляют значительное количество энергии.
3. Также необходимы системы охлаждения для снижения тепловыделения.

→ Возникают вопросы, связанные с затратами.

Как мы можем получать больше энергии в более просторном помещении, потребляя при этом меньше энергии?

Орбитальный центр обработки данных (ODC) — это попытка перенести «ограничения по мощности, охлаждению и площади, присущие наземным центрам обработки данных», в космос.

1. За пределами Земли имеется значительно больше пространства.
2. Находясь ближе к Солнцу, она может получать больше солнечной энергии.
3. Будучи значительно более холодным, оно предлагает преимущества для охлаждения.
4. Кроме того, Земля обладает сильной гравитацией, тогда как за пределами Земли гравитация слабее.

-> Именно поэтому ODC привлекает внимание.

В настоящее время центры обработки данных обычно строятся вблизи рек, озер или побережий, где можно получить воду для охлаждения.

В будущем ожидается, что многие из них будут построены в крайне холодных полярных регионах.

Далее следует космическое пространство за пределами Земли.

Насколько далеко за пределами Земли? Низкая околоземная орбита, средняя околоземная орбита, геостационарная околоземная орбита. Мы должны подумать, где построить центр обработки данных.

• В зависимости от удаленности от Земли они классифицируются как [LEO, MEO, GEO].
• Чем дальше, тем больше задержка связи.
• Также необходимо учитывать сопротивление воздуха, затмения, космическое излучение и риск столкновения с космическим мусором.

Подводя итог, можно сказать, что ODC является сильным претендентом на звание дата-центра нового поколения 2035 года.

1️⃣ LEO (Низкая околоземная орбита)

• Высота
  • От нескольких сотен до примерно 1000 км
  • Защищенная категория LEO: обычно ниже 2000 км
• Атмосферное сопротивление (сопротивление)
  • На низкой околоземной орбите в некоторой степени присутствует сопротивление воздуха.
  • Плотность воздуха экспоненциально уменьшается с высотой
  • Высокая чувствительность к солнечной/геомагнитной активности
  • Требуется двигательная установка для поддержания орбиты
• Затмение (влияние на мощность)
  • Затмение возможно примерно на одной трети длины орбиты
  • Пример: Затмение продолжительностью около 35 минут на высоте 500 км
  • Критически важное значение имеет размер батареи
• TID (Total Ionising Dose)
  • Относительно слабое
  • Однако увеличивается в SAA / полярных орбитах
• SEE (эффекты одиночных событий)
  • Возникновение SEU / SEL / SET
  • Требуется управление частотой ошибок на основе порога NASA LLIS LET
• Материальная среда
  • Атомарный кислород (AO) присутствует эрозия
  • Присутствуют эффекты УФ / ВУФ
  • Критический выбор покрытия/материала
• Возможность столкновения с космическим мусором
  • Наиболее загруженная
• Пригодность для космического постоянного тока
  • Наименьшая задержка связи
  • Сложность проектирования питания/теплового режима

2️⃣ MEO (средняя околоземная орбита)

• Высота
  • Диапазон GNSS
  • От нескольких тысяч до примерно 20 000 км
• Атмосферное сопротивление
  • Практически незначительное
• Затмения
  • Происходят в зависимости от орбитальных/геометрических условий
• TID
  • Внутри радиационных поясов Ван Аллена
  • Потенциально очень высокий TID
• SEE
  • Более сильная радиационная среда
  • Необходимы радиационно-стойкие компоненты и экранирование
• Материальная среда
  • Практически нет AO
• Возможность столкновения с космическим мусором
  • Менее перегруженная, чем LEO
  • Средний уровень
• Пригодность для космического постоянного тока
  • Очень высокая радиационная нагрузка

3️⃣ GEO (геостационарная орбита)

• Высота
  • 35 786 км
• Атмосферное сопротивление
  • Незначительное
• Затмения
  • Сезонное явление
  • Пример: сезон затмений длится примерно 69 минут
• TID
  • Влияние внешнего радиационного пояса
  • Большая долгосрочная кумулятивная доза
  • Пример: 100 крэд при 5 мм Al в течение 10 лет
• SEE
  • Влияние высокоэнергетических электронов
  • Критические проблемы заряда/разряда (ESD)
• Материальная среда
  • Отсутствие AO
• Подведение итогов/слот
  • Требуется управление слотом/частотой ITU
  • Ограничения орбитальных ресурсов
• Совместимость с космическим постоянным током
  • Критическая задержка (~240 мс или более)
  • Значительная нагрузка на конструкцию из-за излучения/мощности

🎯 Ключевые сравнения с точки зрения проектирования микросхем

LEO

• Умеренный TID
• Требуется управление SEE
• Требуются меры противодействия AO
• Наиболее реалистичный вариант

MEO

• Высокий TID
• Необходима радиационная стойкость
• Низкая экономическая эффективность

GEO

• Длительная задержка
• Риск заряда
• Высокая накопленная доза

Почему ODC в настоящее время является сложной задачей?

• Почему ODC в настоящее время является сложной задачей?
• EC%96%B4%EB%A0%A4%EC%9A%B4%EA%B0%80">Почему ODC в настоящее время представляет собой сложную задачу?
  • Стоимость транспортировки крупногабаритного оборудования для центров обработки данных на орбиту
  • Площадь, необходимая для размещения крупных радиаторов для рассеивания тепла солнечного излучения
  • Технология генерации солнечной энергии, Масса устройств хранения данных для подготовки к солнечным затмениям
  • Стоимость проектирования и проверки надежности полупроводников в условиях космической радиации
  • Допущения
    • Нагрузка ИТ 10 МВт
    • Общая тепловая мощность 11 МВт
    • Константа Стефана-Больцмана σ = 5,670374419×10⁻⁸ Вт·м⁻²·К⁻⁴ (NIST)
  • Температура поверхности радиатора 350 K (≈77 °C)
    • Излучательная способность ε ≈ 0,9
    • Требуемая площадь примерно 1,44 × 10⁴ м² (поперечное сечение)
  • Температура поверхности радиатора 300 K (≈27 °C)
    • Требуемая площадь примерно 2,66 × 10⁴ м²
    • Площадь увеличивается почти вдвое
  • В момент понижения температуры
    • Увеличивается масса конструкции
    • Механизм развертывания становится более сложным
    • Увеличивается риск столкновения с микрометеоритами
    • Увеличивается нагрузка на систему управления ориентацией
  • ВыводТаким образом, ODC представляет собой стратегию энергоэффективности центров обработки данных на 2035 год.В следующей статье будут рассмотрены вопросы надежности космических полупроводников и проектирования микросхем в соответствии со стандартами Military spec / NASA / SpaceX.
    • Не существует такого понятия, как «бесплатное вакуумное охлаждение».
      • Солнечная постоянная ≈ 1361,6 Вт/м²
      • Предполагаемая эффективность системы 20–30 %
      • Когда требуется 11 МВт питания
        • Площадь солнечных панелей примерно 2,7 × 10⁴ ~ 4,0 × 10⁴ м²
      • Солнечное затмение LEO (примерно 35 минут)
        • Требуется несколько МВт·ч хранения
        • Масса батареи может достигать десятков тонн
      • Следовательно
        • Выбор солнечной синхронной орбиты от рассвета до заката значительно влияет на экономическую целесообразность
        • Конструкция орбиты напрямую определяет структуру затрат
    • Средняя стоимость строительства в мире в 2026 году
      • Примерно 11,3 млн долларов США/МВт
    • Стоимость серверов ИИ
      • Возможность роста до примерно 30 млн долларов США за МВт
    • Средний показатель PUE в отрасли (2024 г.)
      • Примерно 1,56
    • Тарифы на электроэнергию для промышленности в США (совокупные данные за 2025 г.)
      • Примерно 8,61 цента/кВт·ч
    • Модель TCO/NPV, построенная на основе вышеуказанных допущений
    • Для того чтобы ODC достигло безубыточности по сравнению с наземными системами,
      • Стоимость доставки на орбиту должна снизиться до
      • Примерно 200–300 долларов США/кг
    • Текущая стоимость совместной доставки малых спутников
      • Несколько тысяч долларов США/кг
    • Разница
      • Разница составляет как минимум 1–2 порядка величины
    • Последствия
      • Если структура затрат на запуск не изменится кардинально
      • Полномасштабные космические центры обработки данных останутся экономически невыгодными
    • ODC скорее будут реализованы в виде центров обработки данных, обрабатывающих определенные данные, а не в виде полноценных центров обработки данных.
    • Примеры
      • Предварительная обработка данных
      • Пост-обработка данных
      • Архивирование данных
    • Космическими вычислительными узлами GPU/AI
    • Орбитальными кластерами TPU (оптический ISL)
    • Методами хранения данных на Луне/орбите.
    • Небольшие орбитальные вычислительные узлы: осуществимо
    • Наземные альтернативные ODC мощностью 10 МВт: в настоящее время невыгодны с финансовой точки зрения.
    • Это краткосрочная цель для ODC.
    • Полномасштабный ODC: требует мощности на уровне МВт, управления тепловым режимом и сетей с высокой пропускной способностью, аналогичных наземным центрам обработки данных, и должен удовлетворять всем четырем критериям: ① Солнечные энергетические системы (или ядерные и т. д.), ② Радиаторы большой площади (радиационное рассеивание тепла), ③ широкополосная связь (оптический ISL + наземный шлюз) и ④ долгосрочная надежность (нормативы по радиации/ударам/термической деформации/возврату в атмосферу).
      • Это представляет собой долгосрочную цель для ODC.

Проблема теплового излучения солнца более серьезна, чем можно было бы подумать

В конечном итоге необходимо развернуть огромную площадь поверхности.-%EB%A7%8C%EB%A7%8C%ED%95%98%EC%A7%80-%EC%95%8A%EB%8B%A4">Требования к мощности также значительны

На основе наземного дата-центра мощностью 10 МВт

Условия безубыточности

Что же будет первым?

Большинство современных центров обработки данных являются либо облачными компаниями, такими как «Google, Amazon, Microsoft» и компании AI HypeScaler.Эти компании публикуют документы, ориентированные на 2025–2027 годы, с:

Резюме

Вывод прост.Космические центры обработки данных «возможны».
Однако они еще не вошли в сферу «экономической целесообразности». По всей видимости, вначале они будут запущены в небольшом масштабе.

Определение и классификация концепции космического центра обработки данных / ODC

Определение и классификация концепции космического центра обработки данных (ODC) / ODC-ODC-Концепция-Определение-и-классификацияКосмический центр обработки данных (ODC) — это «осуществляет функции центра обработки данных (вычисления, хранение, сетевое взаимодействие) в космосе (на орбите Земли, на поверхности Луны и т. д.)». Это понятие подразделяется на две категории. Выполняет «предварительную обработку, сжатие, фильтрацию, инференцию (особенно инференцию ИИ) и локальное кэширование/хранение данных». Его основная задача — повысить эффективность миссии за счет «сокращения объема данных, требующих передачи» в сценариях, когда наземные каналы связи (нисходящие каналы) являются узкими местами. Это уже расширяется в форме обработки на борту спутника/ИИ, и принося пользу даже без «масштабных центров обработки данных».