前不久，馬斯克申請發射100萬顆衛星構建太空數據中心的新聞引發熱議，太空計算這一前沿領域迎來前所未有的關注。
“搶占太空算力賽道是支撐我國航天事業高質量發展、保障國家太空安全的戰略舉措。”今年全國兩會期間，全國人大代表、北京航空航天大學教授張濤提交了有關建設太空算力星座的建議。他認為：“太空計算是必爭的戰略賽道，短期投入大、長期回報高。它既是算力瓶頸的終極解法，也是國家安全、數字經濟與太空強國的核心支撐。”
在太空軌道上部署計算能力，這個曾被視為“天方夜譚”的構想，已成為各國搶占未來制高點的新賽道。
為什么要把算力送上天
太空計算，是指將數據處理、存儲、智能分析與決策能力部署在衛星、空間站等太空軌道平臺的新興計算范式。“目前對其尚無全球統一的學術標準定義，但核心內涵高度一致——把地面數據中心的核心功能遷移到天基，構建分布式在軌計算節點，最終實現天數天算，即數據在太空采集、太空處理、太空決策。”張濤介紹。
目前，衛星都是在太空采集數據傳回地面處理。一顆滿負荷運行的衛星能產生海量數據，但最終傳回地面的數據不足10%。“地面站主要建在本土，衛星只能在‘路過’地面站的時候回傳數據。過站時間有限，因此大量數據會被積壓。”北京郵電大學計算機學院院長、天算星座首席科學家王尚廣分析說。
成都國星宇航科技股份有限公司(以下簡稱“國星宇航”)執行副總裁趙宏杰告訴科技日報記者：“對于單個地面接收站而言，衛星數據回傳的有效通信窗口期通常在10分鐘左右。但現在，超高分辨率遙感衛星單次生成的原始影像數據量可達幾百GB(千兆字節)，高速傳輸需要幾十分鐘;若受大氣干擾或帶寬受限，時間則會更長。在軌處理數據并高效回傳所需結果，將極大提升數據含金量。”
與此同時，全球對算力的需求呈指數級增長，地面數據中心面臨能耗、土地和散熱等瓶頸。北京理工大學發布的報告顯示，未來五年，全國數據中心用電量年均增速將達20%，遠超全社會用電量增速。
太空環境成為解決地面算力“能源焦慮”的理想之地。趙宏杰解釋道：“首先，太空中沒有大氣層遮擋，太陽能取之不盡，且利用效率高。其次，地面數據中心40%的能耗用于服務器散熱。而太空擁有極低溫的真空環境，可以大幅降低冷卻能耗。”
“把計算中心部署到太空，可以構建全覆蓋、低成本、可持續的人工智能太空基礎設施，將高能耗的算力產業轉化為綠色產業。更關鍵的是，太空計算能大幅提升數據的處理效率，實現從‘天數地算’到‘天數天算’的變革，滿足各類場景對低延遲、高實時性數據的需求。”趙宏杰說。
各國加快布局搶占制高點
當前，西方國家將太空計算視作搶占未來科技與經濟競爭制高點的關鍵領域，加快布局步伐。
2025年11月，美國公司StarCloud發射首顆搭載英偉達芯片與谷歌大模型的試驗衛星。馬斯克也表示將在星鏈V3衛星中增加數據處理模塊，以星鏈為基礎搭建太空數據中心。谷歌則宣布啟動“捕日者計劃”，擬在2027年初發射兩顆搭載TPU芯片的原型衛星。
2026年1月，SpaceX申請在近地軌道部署100萬顆衛星，構建“軌道數據中心”，為其全球AI計劃提供底層支撐。張濤認為，“這標志著全球算力競爭進入‘太空決勝’階段”。
除美國外，歐洲也在對太空計算進行規劃，阿聯酋、日本、俄羅斯、印度等國家處于技術驗證起步階段。
全球正掀起一股算力上天的浪潮，中國已搶先“落子”。
王尚廣早在2019年5G商用時就曾判斷，“衛星一定會上計算功能”。
2020年，北京郵電大學聯合多家單位共建開放開源空天計算在軌試驗平臺“天算星座”。該項目于2021年10月啟動，首發主星“北郵一號”于2023年1月發射成功，至2025年已形成包含6顆低軌衛星的星座系統。
2025年5月，國星宇航、之江實驗室攜手發射全球首個太空計算衛星星座。它包含12顆計算衛星，搭載80億參數的天基模型，標志著我國首個整軌互聯的太空計算星座正式進入組網階段。
談及各國太空計算的技術進展，王尚廣說，目前SpaceX已有星間鏈路，具備規模組網能力。中國的衛星大規模組網正從試驗驗證走向規模化部署。而在太空數據中心建設方面，全球均處于概念與方案階段。
“國外巨頭集中于2025年底入場，而中國在該領域起步早、驗證早、落地早、應用早，是全球首個實現太空計算星座在軌組網運行的國家，占據先發優勢。”張濤告訴記者，我國已搶先布局，未來5年是鞏固優勢、構建壁壘的黃金期，必須充分發揮新型舉國體制優勢，在國家戰略、產業協同、技術自主、標準引領等方面，牢牢占據太空計算制高點。
多個核心難題待攻關
“星上計算多受限，星間計算多頻繁，星地計算難透傳。”王尚廣用一句順口溜說出了太空計算的難度，“只有先突破星上算力與星間組網通信的瓶頸，才能真正建設太空數據中心。”
“星上計算多受限，源自衛星上空間有限、航天級芯片算力有限、鋰電池供電有限等因素。但是在天算星座的試驗中，我們發現真正制約太空計算性能的核心問題是散熱。”王尚廣解釋說，衛星經過陰影區和陽照區會經歷劇烈的溫度變化，如果熱設計不當，會打破衛星的熱平衡。衛星在太空中高度依賴輻射散熱，效率較低。星載平臺在處理計算任務時，如散熱不佳，輕則觸發降頻保護導致算力驟降，重則過熱引發宕機。
“星間計算多頻繁”是指衛星組網后，由于衛星不斷移動，網絡拓撲會頻繁變化，影響星間的分布式計算。“星地計算難透傳”則是因為衛星缺少與地面兼容的IP協議，導致編碼的計算在星地之間不能透明傳輸。
激光通信是當前低軌衛星星座實現星間組網的主流技術。在沿著不同軌道運行的多顆衛星之間，實現高精度光束對準與穩定建鏈，是關鍵技術難點。張濤介紹說：“我國目前已完成400Gbps(千兆比特/秒)星間激光通信試驗，但量產成本高、異軌建鏈效率低，與美國星鏈V3的400Gbps量產能力尚有差距。”
大規模星座建設還有賴于商業航天技術的成熟。“火箭運力不夠與發射成本過高是我國發展太空計算的兩大挑戰。”王尚廣告訴記者，“一方面，大運力火箭沒有規模化鋪開，單次火箭發射入軌的衛星數量有限;另一方面，我國尚未實現火箭的成熟商業化回收復用，發射成本太高。”
“目前我國發射成本為5萬元/公斤，可回收火箭仍處于驗證期;2026年有望降至2.5萬元/公斤，但距規模化成本要求的0.5萬元/公斤仍較遠。”張濤說。
此外，雖然太空中太陽能無限，但“收集”太陽能卻是一大難點。“隨著未來天基算力達到10萬POPS(每秒執行101次通用操作)量級，平臺功耗將達兆瓦級。目前商業衛星太陽翼面積普遍為三四十平方米，輸出功率僅千瓦級。未來，需在太空中展開平方千米級的超大柔性太陽翼，這在結構折疊、展開及抗輻照防護上都是巨大的工程挑戰。”趙宏杰說。
有望迎來成本拐點
中國航天科技集團日前宣布，“十五五”期間將建設吉瓦級太空數智基礎設施，創建云、邊、端一體的新型太空體系架構。北京市也發布《太空數據中心建設規劃方案》，計劃在距離地球700—800公里晨昏軌道上建設大型數據中心系統。
“未來五年是太空計算發展的關鍵期。”王尚廣表示，“十五五”期間，大運力火箭可回收利用、星間組網通信等一系列技術難題將被攻克，太空計算有望駛入快車道。
對于發射成本，趙宏杰持樂觀態度：“太空計算確實初始投入較高，但其長期綜合優勢會日益凸顯。隨著AI增材制造等衛星制造技術的進步，以及商業火箭發射成本的快速下降，太空計算有望在‘十五五’期間迎來成本‘拐點’，進入規模化發展階段。”
針對散熱難題，北京郵電大學正在研發熱適應調度機制與輕量化星載操作系統，試圖在能源、算力與散熱之間找到動態平衡點，目前該研究已取得進展。“這與電網調度的邏輯頗為相似——在不過載的前提下實現最大利用率。”王尚廣認為，通過科學統籌機制，讓芯片始終在“不過熱、不閑置、少出錯”的最優狀態下運行，是當前最現實的解決之道。
在星間組網方面，國星宇航正在攻關新一代高性能激光通信載荷技術。“與傳統單鏈路場景不同，我們致力于研究超高速相干光通信系統架構，并研發支持多場景復用的一體化集成終端。”趙宏杰透露，這一系列突破，將有效打通太空背景復雜擾動下的高可靠、低時延星間鏈路。
今年以來，太空光伏概念持續升溫，備受資本市場關注。“太空光伏技術仍處于探索和驗證的初期階段，但未來如果航天運力取得重大突破，入軌成本大幅降低，具備成本優勢和規模制造能力的中國光伏產業鏈將迎來新機遇。”中國光伏行業協會執行秘書長劉譯陽表示。
“‘十五五’期間，火箭運力與發射成本將迎來拐點，能源、散熱、星間組網三大方面將實現工程化突破，我國太空計算將完成從技術驗證到規模化組網的關鍵跨越。”張濤對未來五年充滿信心。
不過，太空計算是商業航天、空天信息與人工智能的深度融合，這樣復雜特殊的產業需要深度布局。王尚廣坦言：“此前國內多為高校和企業的自發探索，去年一些地方政府開始關注這一領域，但整體還未納入國家頂層設計。前沿產業發展初期，除了產學研多方努力外，政策引導、定向領航也至關重要。”
趙宏杰希望國家能將太空計算進一步明確為航天強國建設的重要方向，“來自國家戰略層面的清晰指引，是企業敢于在前沿賽道進行探索的信心來源”。
太空計算應用前景廣闊，涉及數字經濟、低空經濟、應急安全等多個領域。張濤建議，強化太空算力體系的系統性規劃與整體布局，堅持以應用為牽引，統籌推進技術攻關、場景落地與產業生態協同發展。同時，加快出臺專項支持政策，建立審批“綠色通道”，加快推動民營頭部企業算力星座項目落地。
趙宏杰期待構建更緊密的開放協作機制，加速前沿技術與實際場景精準對接。他希望能向民營企業開放應急管理、數字經濟等高價值應用場景，通過實戰應用，推動太空計算技術迭代與成本優化，淬煉出具備國際競爭力的硬核產品。
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采寫：本報記者 管晶晶
策劃：劉 恕 李 坤
責任編輯：陸迪
