新“太空计算”模式，一文看懂

重要信息

在人们的直觉中，太空计算似乎是一个新近出现的非常前沿的概念，但如果回到航天系统的真实运行逻辑，就会发现，计算能力始终存在于航天体系之中，只是长期被放置在地面。

早期航天任务规模有限、数据量可控、任务周期较长，地面集中处理不仅足够，而且更安全、可控。正是在这样的技术与任务背景下，形成了以地面为核心的传统太空计算模式。

然而，随着商业航天快速发展、卫星星座密集部署、太空活动由工程型任务转向持续性运行，预计服务场景将不断扩展、数据体量将急剧增长、实时性要求将持续抬升，原有计算模式的局限将被系统性放大，太空计算转型看起来势在必行。

此外，数字经济狂飙突进，IDC惊人预测到2025年全球年数据生成量将飙升到175ZB。庞大的数据洪流，正在对算力的吞吐量、时延和能效提出前所未有的严苛要求。海量数据的实时处理需求，正倒逼算力基础设施突破地面局限。当地面数据中心陷入能耗高、延迟大、分布不均的困境时，新型太空计算模式，正崭露头角。

1、传统太空计算模式

早期的太空计算，完全是地面站主导的遥控。卫星仅仅扮演着数据采集和传输的中转站角色，几乎所有的数据处理、任务决策都要依赖地面站完成。

这种模式的形成，源于早期航天任务的单一性。彼时的卫星主要承担气象观测、简单通信转发等基础任务，有限的星上算力和简单的卫星网络，足以支撑这些任务需求。

但从上个世纪90年代后期开始，传统太空计算模式的短板逐渐暴露，甚至成为航天技术发展的绊脚石。

传统太空计算模式的三个关键前提是：①数据规模可由通信链路承载；②下传时间窗口充足、时延可接受；③地面处理中心具备处理全天候持续数据源的能力。

然而，随着低轨卫星数量激增与应用场景变复杂，这些前提正在成为约束，一是每天来自成千上万颗卫星的数据体量远超传输能力；二是实时性需求（如灾害预警、导航修正、应急通信）对时延容忍度极低；三是地面中心的处理负载与数据存储压力剧增，成本攀升，能效比下降。

对低地球轨道（LEO）通信卫星星座来说，透明转发模式能降低卫星复杂度和成本，要实现全球覆盖，必然低轨卫星会经过海洋、荒漠等无法建设地面站的区域，在这些区域，没有地面站支持的卫星就如同 断线的风筝，测控、网关等核心功能全部瘫痪。为了确保全球服务能力，卫星必须搭载星间链路，具备星上自主处理能力，这直接催生了通信星座的太空计算需求。

此外，数据显示，全球遥感数据的日处理量已比2020年增长近15倍。而对遥感卫星而言，成像技术的飞速进步让卫星采集的数据量呈指数级增长，这给卫星下行数传通道带来了巨大压力。为缓解这一问题，激光对地数传、激光中继回传等技术应运而生，但这些技术成熟度低、成本高昂，对小型卫星并不友好。于是，在星上执行简单的数据筛选，删除不需要下传的无效数据，成为遥感卫星的首个太空计算需求。

至此，传统太空计算模式的遥控逻辑，已经无法匹配航天技术的发展节奏。业界有对2025到2026年的市场数据显示，全球在轨计算卫星数量预计突破千颗规模，且边缘计算与AI处理成为主流技术路线。

2、需求驱动，地面算力瓶颈倒逼太空新赛道

传统太空计算模式的桎梏，在全球数据洪流、航天应用升级的双重冲击下日益凸显，而地面算力架构的固有缺陷，更是让太空计算的发展需求变得迫切。

传统地面算力的第一个痛点是算力分布严重不均。当前，全球大部分算力资源集中在少数发达国家和地区的核心城市，偏远地区和发展中国家难以享受到高质量的算力服务。长距离的数据传输不仅会产生高额的带宽成本，更会带来无法忽视的网络延迟。这对自动驾驶、远程医疗、实时遥感监测等低时延需求的应用来说，几乎是致命的缺陷。

第二个痛点是高能耗与高成本问题突出。大规模地面数据中心是名副其实的电老虎，其运行需要消耗巨量的电力资源，同时冷却系统的建设和维护成本也居高不下。随着人工智能大模型的快速演进，训练一次千亿参数的大模型，需要消耗的算力足以让一个中型数据中心满负荷运转数月，地面算力的天花板日益清晰。

更关键的是，极端场景下的算力刚需，让太空计算成为不可替代的选择。当地震、洪水、台风等重大自然灾害发生时，地面通信和电力系统往往会全面瘫痪，此时地面算力将完全失效。而部署在LEO的太空数据中心，能够不受地面环境影响，快速建立应急通信链路，对多源遥感数据进行在轨实时处理，为灾情动态评估、风险预测和救援路径优化提供关键支撑。

此外，在空间态势感知、低空交通管理、高精度气象预报等领域，天基实时算力更是能发挥地面算力无法比拟的优势，为这些领域的发展提供全新的技术可能。

传统太空计算模式的局限与地面算力的多重瓶颈，共同指向了一个全新的方向，即把算力搬到太空，构建自主、高效的天基算力网络。

3、新太空计算模式

当地面算力的天花板日益清晰，一场向太空要算力的技术革命正悄然拉开序幕，而复用地面商用成熟技术，成为这场革命的核心突破口。

过去，星载计算设备依赖专用抗辐射集成电路，这类芯片研发周期长、成本高、算力低，严重制约了太空计算的发展。

而随着微小卫星平台的成熟与规模化部署，降低航天器研制成本、提升系统效费比，成为商业航天与国家空间项目共同关注的核心议题。在此背景下，商用现成品或技术（COTS）开始被引入空间电子系统设计。

近年来，基于COTS的处理器、存储器、现场可编程门阵列（FPGA）等元器件，已在多个低轨卫星任务中完成在轨验证与应用，显著缩短了星载计算系统的研发周期，大幅降低了制造成本。

主流芯片企业的入局，更是推动着新太空计算模式的发展。英伟达、英特尔、AMD等芯片企业以及国内相关企业通过筛选、加固、容错设计等方式，让原本用于地面的通用计算芯片具备了太空环境适应性。

英伟达

其提供专为高可靠性、极端温度环境和在轨人工智能处理而设计的航空航天级加固型工业模块AGX Orin、AGX Xavier、TX2i和下一代平台Jetson Thor。这些模块被合作伙伴用于为卫星、无人机和航天器创建专用、耐辐射系统。

比如Jetson AGX Thor（Blackwell架构）产品于2025年发布，是未来太空计算的代表，提供高达2070 FP4 TFLOPS的算力（比Orin的AI计算能力高7.5倍）和128 GB LPDDR5X内存，可在轨实现先进的实时人工智能处理，无需将数据传回地球。

又如Jetson AGX Orin Industrial模块专为恶劣环境设计，可提供高达248 TOPS的AI性能，功耗可在15-75 W之间配置，适用于太空应用。

虽然并非完全耐辐射（抗辐射加固），但Jetson TX2i等模块与专用系统配合使用时已成功应用于轨道，制造商也进行了辐射特性测试。

此外，英伟达推出Space AI平台，完成CUDA、TensorRT 软件栈的航天化移植，搭建太空分布式AI计算集群，并与全球主流商业航天企业达成供货合作，实现加固型AI芯片批量搭载，以全栈式算力方案支撑在轨智能处理，助力新一代太空计算架构的规模化发展。

英特尔

其推出Xeon航天加固版、Atom高可靠系列处理器，完成辐射加固、宽温适配与容错重构设计，通过航天级严苛筛选，广泛应用于低轨卫星星上主控与数据处理单元；Stratix、Arria 系列FPGA完成宇航级辐射加固迭代，承担遥感数据预处理、星间通信调度任务，配套容错软件可实现在轨故障自愈。

同时，英特尔推出空间场景专用AI加速器定制方案，与NASA合作搭建太空边缘计算体系，支撑高光谱遥感解译、机器学习推理等任务，现已成为OneWeb等低轨星座的核心芯片供应商，实现从实验室验证到星座级批量部署的跨越，持续完善新一代太空计算架构，助力星上处理向在轨预处理与智能分析加速转型。

AMD

此外，AMD与全球主流卫星制造商、航天方案商联合推出标准化星上AI计算平台，基于Versal AI Core打造即插即用的在轨处理单元，成为商业卫星星上智能处理的主流芯片方案之一。

2022年，AMD宣布其Versal AI Core系列自适应SoC产品经辐射评估后，可用于低地球轨道短期任务，能够支持机器学习推理、遥感图像实时识别等高阶任务。

在2022年低轨短期任务验证基础上，AMD完成Versal AI Core/RFSoC系列的宇航级辐射加固定型，突破仅短期任务限制，获得低轨卫星长期在轨、商业航天批量部署认证，抗总剂量辐射、单粒子效应容错能力满足商业低轨星座、遥感卫星全生命周期需求，不再局限于试验性应用。

2024年，AMD又与VORAGO合作，实现了太空级Kintex UltraScale FPGA的在轨重构，大幅提升了星载计算设备的可靠性和灵活性。

国内企业

国内企业全面对标国际厂商，围绕星上在轨计算与空间智能处理展开全链条布局，已形成 CPU、FPGA、AI芯片、宇航级专用芯片的完整产品体系。中电科作为国家队主力，构建起覆盖星上计算的全栈芯片能力，多款芯片实现规模化在轨应用。飞腾、龙芯完成高性能通用CPU的航天辐照加固、容错设计与在轨部署，应用于低轨星座与遥感卫星的星上主控及数据预处理。复旦微电、紫光国微实现国产宇航级FPGA迭代升级，通过在轨重构技术适配空间环境，承接星上可编程算力任务。寒武纪推出加固版AI芯片，完成在轨AI推理与遥感图像实时识别验证，对标英伟达航天级AI算力方案。

这些技术的突破，推动星上信息处理由传统的原始数据下传、地面集中处理模式，向在轨预处理与智能分析模式转变，持续促进了新一代太空计算架构的发展。

新太空计算模式的发展，衍生出两条并行且互补的技术路径。

一条路径是提升单星自主处理能力，让卫星搭载高性能芯片，实现图像压缩、目标识别、路由计算等功能，在提升任务效率的同时降低数据下传成本。

另一条路径则更具颠覆性，即构建天基算力网络，将地面超大型数据中心的功能搬上太空，打造能够为多租户提供服务的太空数据中心，为不具备在轨处理能力的卫星提供算力即服务CaaS。

目前，这两条路径在国内外都有较快速度的规划和实践，且后者越来越展现出超越前者的优势和必要性。

我国在这一领域的布局也正在加速推进，2025年5月，之江实验室主导构建的一箭12星太空计算卫星星座成功发射，全球首个投入运营，单星最高算力达744TOPS，12颗卫星互联后具备5POPS的计算能力和30TB存储容量，可对L0-L4级卫星数据进行在轨处理。三体计算星座将在2026年携手多家卫星企业完成超50颗计算卫星的布局，并计划在2027年完成三体计算星座100颗卫星的规模建设。

此外，北京正加速布局千兆瓦级太空数据中心，计划分三阶段实现天数天算、地数天算、天基主算的目标，未来有望建成可容纳百万卡级别服务器集群的天基算力网络，为全球用户提供泛在、高效的算力服务。

当地时间1月30日，SpaceX向FCC申请发射部署100万颗LEO卫星以组建太空计算中心，FCC迅速在2月4日宣布受理相关申请，开始进行监管讨论。综合诸多分析师、顶级天体物理学家的观点看，上述计划，将面临巨大的技术、运营和财务挑战，可进一步参阅我们前几天的报道：

③《》。

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