[科技谈]用数百颗人造卫星在太空打造数据中心

by Lim Juhyeong

Published 03 Mar.2024 14:00(KST)

搭载计算设备的人造卫星
互联运行如同“数据中心”
破解延迟瓶颈的务实构想

这听上去可能荒诞不经，但这是部分企业和国家正以严肃态度推进的项目。

图片来源 Pixabay

当然，“太空数据中心”并不是字面意义上把一栋巨型数据中心大楼直接发射到太空中。相反，是把搭载“计算机”的数十、数百颗人造卫星组合起来，使其发挥类似数据中心的功能。

太空互联网卫星“星链” 图片由SpaceX提供

人造卫星的种类取决于其所搭载的有效载荷（payload）。搭载高性能相机或雷达（RADAR）的就是地球成像卫星，装上原子钟的是全球定位系统卫星，内置通信装置的则是通信卫星。那么，搭载了处理器、内存等数据中心主要组成部件——计算机设备——的人造卫星，就可以称为“太空数据中心”。

当然，人类能发射到地球轨道的人造卫星在体积和重量上都有上限，因此一颗卫星上可搭载的处理器或内存的数量也是有限的。

太空数据中心则通过卫星—卫星通信技术来克服这种体量上的限制。比如，近年来开始投入使用的星间激光通信技术，可以将数据转换成激光形式，让卫星之间直接通信。它不仅比无线电通信快得多，还能一次性发送海量数据。通过这种方式，将处理器卫星、内存卫星、数据节点卫星捆绑在一起，就能在地球轨道上形成一个数据中心。

日本通信企业NTT的太空数据中心构想图。NTT官网供图

目前已经有部分企业在投资太空数据中心，日本最大通信运营商之一的NTT就是代表。该公司在2022年曾宣布计划，在2025年前建成由计算机卫星、内存卫星和激光通信卫星整合而成的“太空数据中心”。

企业为何对太空数据中心如此感兴趣？这与太空通信技术的局限密切相关。如今与人造卫星相关的服务，比如卫星地图，已经相当多，但尚未深度融入我们的日常生活，其根本原因在于卫星通信的先天限制——“时延（latency）”。

人造卫星会通过搭载的传感器采集信息，再将这些信息转换为无线电波发射到地面中继站。之后，中继站再把无线电信号处理成图像数据并下载，我们才能看到所谓的“卫星图像”。这一过程受卫星与地面之间的距离、数据规模等多种因素影响，即便在最理想情况下也要耗时约30分钟，时间长的话则需要数小时以上。

从卫星采集到信息、到我们能够直接使用这些信息之间存在的时间差，实际上一直在阻碍卫星服务的全面商业化。如果能在太空中，通过附近的其他卫星对采集到的信息进行处理、存储，甚至利用人工智能（AI）完成信息分析，只把“成品”数据发回地面，那么时延将会被大幅缩短。

美国防务企业“诺斯罗普·格鲁曼”的导弹追踪卫星星座是将太空数据中心技术加以应用的案例。 [图片来源=诺斯罗普·格鲁曼提供]

太空数据中心虽然非常有用，但也存在成为双刃剑的风险，因为其被用于军事目的的可能性极高。美军、英军等发达国家军队，已经在卫星侦察资产中试点引入“太空数据中心”的概念。

例如，美国太空发展局（SDA）正在开发一套系统，让一百余颗近地轨道侦察卫星直接采集和分析危险区域情报，并将结果传递给友军。

类似概念的英国军方“ISTARI”监视卫星建设项目，预算高达14亿英镑（约合2.4万亿韩元），计划在数十颗人造卫星上整合机载数据处理（on-board processing）功能，甚至以激光直接向地面指挥部传输信息，实现快速传递。

受时延问题影响，传统军队的卫星侦察能力一直存在一定局限。如果卫星图像只能每隔数小时更新一次，在局势瞬息万变的战场上就形同虚设。但在太空数据中心处理能力的支撑下，卫星侦察技术可以向士兵传输分辨率达0.5米级的全彩图像。如此一来，在地球轨道运行的所有卫星，都有可能被视为一种“威胁”。

中国的地对空导弹。中国和俄罗斯正积极研发能够拦截人造卫星的导弹体系。 [图片来源=韩联社提供]

部分势力可能会以此为借口，加速将外层空间“武器化”。中国、俄罗斯等国家正在公开测试可以摧毁人造卫星的高空导弹——“反卫星武器（ASAT，Anti-SATellite Weapons）”。太空经济还未真正繁荣，地球轨道就有可能先一步陷入战争的烽火之中。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。