科技巨头要建天基AI数据中心，但要先过太空垃圾这关

IT之家 12 月 28 日消息，据 The Conversation 报道，人工智能与云服务的迅猛扩张催生了海量算力需求，这一需求浪潮给数据基础设施带来巨大压力，而这类设施的运行本身需要消耗大量电力。一颗位于地球的中型数据中心，其耗电量足以供约 1.65 万户家庭使用；规模更大的数据中心，耗电量甚至堪比一座小型城市。

IT之家注意到，过去几年间，科技行业领军者愈发倡导发展天基人工智能基础设施，将其视为解决数据中心电力需求的重要途径。在太空中，太阳能电池板可利用的太阳光资源丰富且稳定。2025 年 11 月 4 日，谷歌公司正式公布“捕日者计划（Project Suncatcher）”，提出一项大胆构想：向近地轨道发射由 81 颗卫星组成的星座，通过收集太阳能为下一代天基人工智能数据中心供电。该星座的核心任务并非将电力传回地球，而是将处理完成的数据送回地面。

举个例子，当你向聊天机器人询问时，你的请求不会触发弗吉尼亚州某座地面数据中心进行运算，而是直接被传输至这一太空星座。星座内的芯片完全依靠太阳能驱动，完成运算后再将回答发送到你的设备上。这一过程产生的大量热量，将直接消散在冰冷的太空真空环境中。

然而，谷歌的这一构想将不得不直面一个日益严峻的难题 —— 太空垃圾。

灾难背后的数学逻辑

太空垃圾，即地球轨道上所有废弃人造物体的总称，如今已对各国航天机构、商业航天企业及航天员的安全构成威胁。这些垃圾既包括火箭末级、报废卫星等大型残骸，也涵盖脱落的油漆碎屑、退役卫星产生的各类微小碎片。

在近地轨道中，太空垃圾的运行速度高达每小时约 1.75 万英里（合 2.8 万公里）。以这样的速度，一颗蓝莓大小的碎片撞击航天器，其威力不亚于一块坠落的铁砧。

卫星解体事故与反卫星武器试验，已制造出数量惊人的太空垃圾；而随着 SpaceX“星链”等商业卫星星座的快速扩张，这场危机更是雪上加霜。目前，星链网络的卫星数量已超 7500 颗，为全球用户提供高速互联网服务。

美国太空军借助地基雷达与光学望远镜，持续追踪着 4 万多个直径大于垒球的在轨物体。然而，这一数字仅占轨道中具有致命威胁物体总量的不到 1%—— 绝大多数微小碎片过于细小，难以被现有望远镜系统稳定识别和追踪。

2025 年 11 月，我国天宫空间站的三名航天员曾因载人飞船遭遇太空垃圾撞击，被迫推迟返回地球的计划。2018 年，国际空间站也曾发生类似撞击事件，当时俄罗斯媒体猜测这是美国国家航空航天局航天员蓄意破坏所致，一度导致美俄两国的航天合作关系陷入紧张。

谷歌“捕日者计划”选定的目标轨道 —— 距地球约 400 英里（合 650 公里）的太阳同步轨道，是获取持续太阳能的黄金位置。在这一轨道高度，航天器的太阳能电池板可始终正对太阳，为星载人工智能载荷稳定供电。但也正因如此，太阳同步轨道成为近地轨道中最为拥挤的“交通要道”，在轨物体与其他卫星或太空垃圾发生碰撞的概率也高居榜首。

随着新发射物体不断增加、既有在轨物体持续解体，近地轨道正逐步逼近凯斯勒综合征的临界状态。这一理论指出，一旦近地轨道内的物体数量突破临界阈值，物体间的碰撞将产生连锁反应，催生更多新碎片。最终，这场碰撞连锁反应可能导致部分轨道彻底丧失使用价值。

对“捕日者计划”的潜在影响

“捕日者计划”计划部署一个搭载大型太阳能电池板的卫星集群。81 颗卫星将在半径仅 1 公里的范围内编队飞行，相邻卫星间距不足 200 米。

这种超高密度的编队方式是卫星间实现数据传输的必要条件。该星座将复杂的人工智能运算任务拆解分配至 81 颗卫星，使其能够协同运作，如同一个巨型分布式大脑，同步完成思考与数据处理工作。谷歌已与一家航天企业达成合作，计划在 2027 年初发射两颗原型卫星，对相关硬件技术进行验证。

但在太空真空环境中，卫星编队飞行始终要与物理规律展开博弈。尽管近地轨道的大气极为稀薄，但并非绝对真空。稀疏的大气粒子会对卫星产生轨道阻力 —— 这种阻力会反向作用于航天器，使其速度减慢、轨道高度降低。对于表面积较大的卫星而言，轨道阻力带来的影响更为显著，其作用机理类似于帆船借助风力航行。

雪上加霜的是，太阳释放的带电粒子流与磁场（即空间天气）会导致近地轨道的大气粒子密度发生难以预测的波动，而这种波动又会直接影响轨道阻力的大小。

当卫星间距不足 200 米时，任何操作失误的容错空间都将荡然无存。一次微小的撞击不仅会摧毁单颗卫星，还可能使其碎片高速撞击邻近卫星，进而引发连锁碰撞，导致整个卫星集群彻底损毁，并向本就危机四伏的轨道中随机抛洒数百万个新碎片。

主动规避技术的重要性

为避免碰撞事故与连锁灾难的发生，卫星运营商应当遵循“无痕太空”准则。这意味着卫星在设计阶段就要确保其不会解体碎裂、不会产生碎片、不会对邻近航天器构成威胁，且任务结束后能够被安全移出轨道。对于“捕日者计划”这类高密度、高复杂度的卫星星座而言，要满足这一标准，可能需要为卫星配备“自主反应系统”，使其能够自动探测碎片云并灵活规避。但就目前公布的信息来看，“捕日者计划”的设计方案尚未纳入这类主动规避功能。

仅在 2025 年上半年，SpaceX 的星链星座就执行了高达 144404 次碰撞规避机动，以躲避太空垃圾与其他航天器的威胁。同理，“捕日者计划”的卫星集群预计每 5 秒就会遭遇一次沙粒大小及以上的碎片撞击。

当前的太空物体追踪体系，监测范围普遍局限于垒球大小以上的碎片，数百万个更微小的碎片对卫星运营商而言基本处于“隐身”状态。未来的卫星星座需要搭载星载探测系统，实现对微小威胁的主动识别，并实时自主完成规避机动。

要为“捕日者计划”配备主动碰撞规避功能，无疑是一项极具挑战性的工程难题。受限于卫星间极小的间距，整个星座必须作为一个整体协同响应，卫星群的变轨操作需如同鸟群同步飞行般精准协调，每一颗卫星都要对邻近卫星的细微位置变化做出即时反应。

为使用轨道“付费”

然而，单纯依靠技术手段，终究无法彻底解决问题。2022 年 9 月，美国联邦通信委员会出台新规，要求卫星运营商在任务结束后 5 年内，将航天器移出轨道。这通常需要通过受控离轨机动来实现 —— 运营商必须为卫星预留足够燃料，以便在任务末期启动推进器，降低卫星轨道高度，直至大气阻力主导作用，使卫星在大气层中完全烧毁。

但这项新规并未解决轨道中已存在的太空垃圾问题，也无法应对未来因事故产生的新碎片。为攻克这些难题，部分政策制定者提出征收太空垃圾清理使用税的构想。

这种轨道使用税的核心逻辑是，根据卫星星座对轨道空间造成的压力，向运营商收取相应费用，类似于体型更大、重量更重的车辆在使用公共道路时需缴纳更高通行费的机制。征收的资金将专门用于资助主动清理任务，捕获并移除轨道中最具危险性的垃圾碎片。

归根结底，碰撞规避只是一种临时性的技术手段，而非解决太空垃圾问题的长远之计。随着部分企业将太空视为数据中心的新“栖息地”，更多商业卫星星座持续升空，唯有通过制定全新政策框架、推进主动清理计划，才能确保近地轨道始终具备商业开发与科研探索的价值。