前不久，马斯克申请发射100万颗卫星构建太空数据中心的新闻引发热议，太空计算这一前沿领域迎来前所未有的关注。
“抢占太空算力赛道是支撑我国航天事业高质量发展、保障国家太空安全的战略举措。”今年全国两会期间，全国人大代表、北京航空航天大学教授张涛提交了有关建设太空算力星座的建议。他认为：“太空计算是必争的战略赛道，短期投入大、长期回报高。它既是算力瓶颈的终极解法，也是国家安全、数字经济与太空强国的核心支撑。”
在太空轨道上部署计算能力，这个曾被视为“天方夜谭”的构想，已成为各国抢占未来制高点的新赛道。
为什么要把算力送上天
太空计算，是指将数据处理、存储、智能分析与决策能力部署在卫星、空间站等太空轨道平台的新兴计算范式。“目前对其尚无全球统一的学术标准定义，但核心内涵高度一致——把地面数据中心的核心功能迁移到天基，构建分布式在轨计算节点，最终实现天数天算，即数据在太空采集、太空处理、太空决策。”张涛介绍。
目前，卫星都是在太空采集数据传回地面处理。一颗满负荷运行的卫星能产生海量数据，但最终传回地面的数据不足10%。“地面站主要建在本土，卫星只能在‘路过’地面站的时候回传数据。过站时间有限，因此大量数据会被积压。”北京邮电大学计算机学院院长、天算星座首席科学家王尚广分析说。
成都国星宇航科技股份有限公司（以下简称“国星宇航”）执行副总裁赵宏杰告诉科技日报记者：“对于单个地面接收站而言，卫星数据回传的有效通信窗口期通常在10分钟左右。但现在，超高分辨率遥感卫星单次生成的原始影像数据量可达几百GB（千兆字节），高速传输需要几十分钟；若受大气干扰或带宽受限，时间则会更长。在轨处理数据并高效回传所需结果，将极大提升数据含金量。”
与此同时，全球对算力的需求呈指数级增长，地面数据中心面临能耗、土地和散热等瓶颈。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20%，远超全社会用电量增速。
太空环境成为解决地面算力“能源焦虑”的理想之地。赵宏杰解释道：“首先，太空中没有大气层遮挡，太阳能取之不尽，且利用效率高。其次，地面数据中心40%的能耗用于服务器散热。而太空拥有极低温的真空环境，可以大幅降低冷却能耗。”
“把计算中心部署到太空，可以构建全覆盖、低成本、可持续的人工智能太空基础设施，将高能耗的算力产业转化为绿色产业。更关键的是，太空计算能大幅提升数据的处理效率，实现从‘天数地算’到‘天数天算’的变革，满足各类场景对低延迟、高实时性数据的需求。”赵宏杰说。
各国加快布局抢占制高点
当前，西方国家将太空计算视作抢占未来科技与经济竞争制高点的关键领域，加快布局步伐。
2025年11月，美国公司StarCloud发射首颗搭载英伟达芯片与谷歌大模型的试验卫星。马斯克也表示将在星链V3卫星中增加数据处理模块，以星链为基础搭建太空数据中心。谷歌则宣布启动“捕日者计划”，拟在2027年初发射两颗搭载TPU芯片的原型卫星。
2026年1月，SpaceX申请在近地轨道部署100万颗卫星，构建“轨道数据中心”，为其全球AI计划提供底层支撑。张涛认为，“这标志着全球算力竞争进入‘太空决胜’阶段”。
除美国外，欧洲也在对太空计算进行规划，阿联酋、日本、俄罗斯、印度等国家处于技术验证起步阶段。
全球正掀起一股算力上天的浪潮，中国已抢先“落子”。
王尚广早在2019年5G商用时就曾判断，“卫星一定会上计算功能”。
2020年，北京邮电大学联合多家单位共建开放开源空天计算在轨试验平台“天算星座”。该项目于2021年10月启动，首发主星“北邮一号”于2023年1月发射成功，至2025年已形成包含6颗低轨卫星的星座系统。
2025年5月，国星宇航、之江实验室携手发射全球首个太空计算卫星星座。它包含12颗计算卫星，搭载80亿参数的天基模型，标志着我国首个整轨互联的太空计算星座正式进入组网阶段。
谈及各国太空计算的技术进展，王尚广说，目前SpaceX已有星间链路，具备规模组网能力。中国的卫星大规模组网正从试验验证走向规模化部署。而在太空数据中心建设方面，全球均处于概念与方案阶段。
“国外巨头集中于2025年底入场，而中国在该领域起步早、验证早、落地早、应用早，是全球首个实现太空计算星座在轨组网运行的国家，占据先发优势。”张涛告诉记者，我国已抢先布局，未来5年是巩固优势、构建壁垒的黄金期，必须充分发挥新型举国体制优势，在国家战略、产业协同、技术自主、标准引领等方面，牢牢占据太空计算制高点。
多个核心难题待攻关
“星上计算多受限，星间计算多频繁，星地计算难透传。”王尚广用一句顺口溜说出了太空计算的难度，“只有先突破星上算力与星间组网通信的瓶颈，才能真正建设太空数据中心。”
“星上计算多受限，源自卫星上空间有限、航天级芯片算力有限、锂电池供电有限等因素。但是在天算星座的试验中，我们发现真正制约太空计算性能的核心问题是散热。”王尚广解释说，卫星经过阴影区和阳照区会经历剧烈的温度变化，如果热设计不当，会打破卫星的热平衡。卫星在太空中高度依赖辐射散热，效率较低。星载平台在处理计算任务时，如散热不佳，轻则触发降频保护导致算力骤降，重则过热引发宕机。
“星间计算多频繁”是指卫星组网后，由于卫星不断移动，网络拓扑会频繁变化，影响星间的分布式计算。“星地计算难透传”则是因为卫星缺少与地面兼容的IP协议，导致编码的计算在星地之间不能透明传输。
激光通信是当前低轨卫星星座实现星间组网的主流技术。在沿着不同轨道运行的多颗卫星之间，实现高精度光束对准与稳定建链，是关键技术难点。张涛介绍说：“我国目前已完成400Gbps（千兆比特/秒）星间激光通信试验，但量产成本高、异轨建链效率低，与美国星链V3的400Gbps量产能力尚有差距。”
大规模星座建设还有赖于商业航天技术的成熟。“火箭运力不够与发射成本过高是我国发展太空计算的两大挑战。”王尚广告诉记者，“一方面，大运力火箭没有规模化铺开，单次火箭发射入轨的卫星数量有限；另一方面，我国尚未实现火箭的成熟商业化回收复用，发射成本太高。”
“目前我国发射成本为5万元/公斤，可回收火箭仍处于验证期；2026年有望降至2.5万元/公斤，但距规模化成本要求的0.5万元/公斤仍较远。”张涛说。
此外，虽然太空中太阳能无限，但“收集”太阳能却是一大难点。“随着未来天基算力达到10万POPS（每秒执行101次通用操作）量级，平台功耗将达兆瓦级。目前商业卫星太阳翼面积普遍为三四十平方米，输出功率仅千瓦级。未来，需在太空中展开平方千米级的超大柔性太阳翼，这在结构折叠、展开及抗辐照防护上都是巨大的工程挑战。”赵宏杰说。
有望迎来成本拐点
中国航天科技集团日前宣布，“十五五”期间将建设吉瓦级太空数智基础设施，创建云、边、端一体的新型太空体系架构。北京市也发布《太空数据中心建设规划方案》，计划在距离地球700—800公里晨昏轨道上建设大型数据中心系统。
“未来五年是太空计算发展的关键期。”王尚广表示，“十五五”期间，大运力火箭可回收利用、星间组网通信等一系列技术难题将被攻克，太空计算有望驶入快车道。
对于发射成本，赵宏杰持乐观态度：“太空计算确实初始投入较高，但其长期综合优势会日益凸显。随着AI增材制造等卫星制造技术的进步，以及商业火箭发射成本的快速下降，太空计算有望在‘十五五’期间迎来成本‘拐点’，进入规模化发展阶段。”
针对散热难题，北京邮电大学正在研发热适应调度机制与轻量化星载操作系统，试图在能源、算力与散热之间找到动态平衡点，目前该研究已取得进展。“这与电网调度的逻辑颇为相似——在不过载的前提下实现最大利用率。”王尚广认为，通过科学统筹机制，让芯片始终在“不过热、不闲置、少出错”的最优状态下运行，是当前最现实的解决之道。
在星间组网方面，国星宇航正在攻关新一代高性能激光通信载荷技术。“与传统单链路场景不同，我们致力于研究超高速相干光通信系统架构，并研发支持多场景复用的一体化集成终端。”赵宏杰透露，这一系列突破，将有效打通太空背景复杂扰动下的高可靠、低时延星间链路。
今年以来，太空光伏概念持续升温，备受资本市场关注。“太空光伏技术仍处于探索和验证的初期阶段，但未来如果航天运力取得重大突破，入轨成本大幅降低，具备成本优势和规模制造能力的中国光伏产业链将迎来新机遇。”中国光伏行业协会执行秘书长刘译阳表示。
“‘十五五’期间，火箭运力与发射成本将迎来拐点，能源、散热、星间组网三大方面将实现工程化突破，我国太空计算将完成从技术验证到规模化组网的关键跨越。”张涛对未来五年充满信心。
不过，太空计算是商业航天、空天信息与人工智能的深度融合，这样复杂特殊的产业需要深度布局。王尚广坦言：“此前国内多为高校和企业的自发探索，去年一些地方政府开始关注这一领域，但整体还未纳入国家顶层设计。前沿产业发展初期，除了产学研多方努力外，政策引导、定向领航也至关重要。”
赵宏杰希望国家能将太空计算进一步明确为航天强国建设的重要方向，“来自国家战略层面的清晰指引，是企业敢于在前沿赛道进行探索的信心来源”。
太空计算应用前景广阔，涉及数字经济、低空经济、应急安全等多个领域。张涛建议，强化太空算力体系的系统性规划与整体布局，坚持以应用为牵引，统筹推进技术攻关、场景落地与产业生态协同发展。同时，加快出台专项支持政策，建立审批“绿色通道”，加快推动民营头部企业算力星座项目落地。
赵宏杰期待构建更紧密的开放协作机制，加速前沿技术与实际场景精准对接。他希望能向民营企业开放应急管理、数字经济等高价值应用场景，通过实战应用，推动太空计算技术迭代与成本优化，淬炼出具备国际竞争力的硬核产品。
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采写：本报记者 管晶晶
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