在應(yīng)對(duì)全球數(shù)據(jù)爆炸與碳排放雙重挑戰(zhàn)的背景下，浙江大學(xué)與新加坡南洋理工大學(xué)聯(lián)合開展了一項(xiàng)突破性研究，首次提出構(gòu)建“空間碳中和數(shù)據(jù)中心”的技術(shù)框架。該方案旨在利用太空獨(dú)特的物理環(huán)境，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的源頭化與能源消耗的零碳化，為解決地面數(shù)據(jù)中心高能耗問題提供全新思路。

研究指出，近地軌道衛(wèi)星每年產(chǎn)生的“太空原生數(shù)據(jù)”規(guī)模已達(dá)每顆衛(wèi)星每日數(shù)十太字節(jié)，涵蓋通信、遙感、氣象監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。與此同時(shí)，人工智能與高性能計(jì)算的快速發(fā)展導(dǎo)致全球數(shù)據(jù)中心電力消耗激增，傳統(tǒng)“彎管式”數(shù)據(jù)處理模式——將太空數(shù)據(jù)全部傳輸至地面處理——不僅引發(fā)通信延遲，更進(jìn)一步加重了地面數(shù)據(jù)中心的能源與環(huán)境負(fù)擔(dān)。探索一種從源頭處理數(shù)據(jù)、降低碳排放的新型計(jì)算架構(gòu)，已成為全球科技界的迫切需求。

太空環(huán)境為解決這一難題提供了天然優(yōu)勢(shì)。地球軌道上的太陽能密度遠(yuǎn)高于地表，且不受晝夜與天氣影響，可為計(jì)算設(shè)備提供持續(xù)、穩(wěn)定的零碳電力。接近絕對(duì)零度的深空背景構(gòu)成了一個(gè)天然的巨型熱沉，通過輻射冷卻技術(shù)，計(jì)算設(shè)備產(chǎn)生的廢熱可直接排散至宇宙，徹底擺脫對(duì)地面冷卻系統(tǒng)的依賴，實(shí)現(xiàn)“零水耗”“零能耗”與“零碳排放”的散熱目標(biāo)。

基于上述優(yōu)勢(shì)，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了層次化的“軌道數(shù)據(jù)中心”技術(shù)框架，包含兩大核心方案。一是“軌道邊緣數(shù)據(jù)中心”，即在現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集衛(wèi)星上集成AI加速器、高分辨率傳感器、太陽能電池陣及輻射冷卻器，使其具備星上智能數(shù)據(jù)處理能力。二是“軌道云數(shù)據(jù)中心”，通過部署近地軌道計(jì)算衛(wèi)星星座，每顆衛(wèi)星搭載高性能通用服務(wù)器與高速通信模塊，形成可處理復(fù)雜任務(wù)、承接地面計(jì)算的“太空服務(wù)器”集群。

這一框架不僅支持太空數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，如大規(guī)模多源遙感數(shù)據(jù)融合分析，還可作為地面計(jì)算的碳中和外包平臺(tái)。用戶可通過“碳感知”調(diào)度系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)選擇碳排放更低的軌道云或地面云執(zhí)行任務(wù)，實(shí)現(xiàn)全局碳效率優(yōu)化。例如，在災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)等對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高的場(chǎng)景中，軌道數(shù)據(jù)中心可大幅減少通信延遲，同時(shí)降低地面數(shù)據(jù)中心的能源壓力。

為科學(xué)評(píng)估軌道數(shù)據(jù)中心的環(huán)境效益，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出了“全生命周期碳利用效率”模型。該模型將評(píng)估范圍擴(kuò)展至計(jì)算衛(wèi)星與發(fā)射工具的制造、火箭發(fā)射、在軌運(yùn)行及壽命終結(jié)處置等全環(huán)節(jié)。初步分析顯示，盡管制造與發(fā)射環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生一次性碳排放，但憑借在軌運(yùn)行期間的碳中和優(yōu)勢(shì)，軌道數(shù)據(jù)中心的全生命周期碳效率有望超越依賴中等碳強(qiáng)度電網(wǎng)的地面數(shù)據(jù)中心，并逐步接近全可再生能源供電的先進(jìn)地面數(shù)據(jù)中心水平。

然而，實(shí)現(xiàn)這一藍(lán)圖仍面臨技術(shù)與經(jīng)濟(jì)雙重挑戰(zhàn)。太空輻射環(huán)境對(duì)商用服務(wù)器的可靠性構(gòu)成威脅，抗輻射加固技術(shù)雖可提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，但可能增加成本、復(fù)雜度與功耗。衛(wèi)星平臺(tái)、高性能服務(wù)器及發(fā)射服務(wù)的高昂成本仍是規(guī)模化部署的主要障礙。盡管如此，小規(guī)模軌道邊緣計(jì)算已進(jìn)入技術(shù)驗(yàn)證與商業(yè)探索階段，顯示出可行的技術(shù)路徑。

該研究發(fā)表于《自然·電子學(xué)》，首次系統(tǒng)性勾勒了天基計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的完整架構(gòu)，并建立了配套的環(huán)境效益評(píng)估方法論。其意義不僅在于為太空數(shù)據(jù)處理提供創(chuàng)新方案，更在于為破解地面數(shù)據(jù)中心高碳困境指明了方向，為未來可持續(xù)計(jì)算技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。