Недавние проекты — от китайской «Трёхтелесной вычислительной констелляции» с ИИ-спутниками до коммерческих инициатив вроде Lumen Orbit и Lonestar Data — наглядно демонстрируют, что идея «ЦОД в космосе» вышла за рамки научной фантастики.

Предыдущая статья вызвала множество комментариев и споров по этой теме, поэтому я решил изучить этот вопрос подробнее — опираясь не на громкие ИТ-тренды, а на реальные научные исследования и практику (ссылки на первоисточник проставлены по тексту).

Эта статья не источник для споров и не личный опыт автора, а база для обмена мнениями. Кто знает, может именно в комментариях «Хабра» родится истина о том, как настроить работу ЦОДов в космосе.

▍ Энергия и радиация

Первое, что делает орбиту привлекательной — это энергетическая автономия. По данным исследования NASA, на высоте несколько сотен километров над Землёй солнечная панель получает примерно 1361 Вт/м² (солнечное постоянное значение) без потерь на атмосферу.

На практике системы LEO (низкой околоземной орбиты) постоянно освещаются Солнцем, за исключением коротких затемнений, что обеспечивает почти круглосуточную выработку электроэнергии. Получается непрерывная генерация энергии, что выгодно контрастирует с наземными ЦОДами, где ночь и облачность снижают выработку на 30–40%.

Кроме того, в космосе не нужно экономить на весе опорных конструкций или на площади панелей — их можно развернуть в широкие решётки, ориентированные на максимум КПД. В современных прототипах эффективность солнечных элементов достигает 30% и выше, особенно при использовании многослойных гетероструктур на арсениде галлия (GaAs) или перовскитах.

При этом на орбите электроника сталкивается с ионизирующим излучением. Космос полон быстрых протонов и тяжелых ионов, которые проходят сквозь кремний и нарушают работу микросхем.

Традиционно это решалось с помощью рад-хард чипов — дорогих, медленных и сильно кастомных, но в последние годы происходит разворот к программной устойчивости.

Самый яркий пример — проект Spaceborne Computer-2 от Hewlett Packard Enterprise, где использовались коммерческие серверы ProLiant и Edgeline, запущенные на МКС без полноценной физической защиты. NASA оценила эксперимент как успешный: «программная закалка» (software hardening) позволила использовать топовые процессоры без перепроектирования кремния.



Схожую стратегию применяет и стартап OrbitsEdge. В модуль SatFrame можно установить современные платы (вплоть до GPU от NVIDIA) и обернуть их лёгкой защитой. Устойчивость обеспечивается комбинацией пассивной физики и активного софта.

В целом, учёные отмечают, что в обозримом будущем можно будет сочетать лёгкую физзащиту и ПО-серверные методы, чтобы обеспечить надёжность в космосе.

▍ Охлаждение в космосе

В вакууме тепло передаётся только инфракрасным излучением — никаких вентиляторов, воды и фреона. Мнение исследователей различно, но сводится к одному — терморадиационные панели испускают тепловую энергию в ИК-диапазоне прямо в холодный космос.

По закону Стефана–Больцмана, мощность излучения растёт с четвёртой степенью температуры поверхности. Если проще, то чем горячее радиатор, тем эффективнее он сбрасывает тепло. В этом контексте пространство космоса — идеальный «приёмник» тепла, потому что температура фона (−270,45 °C) настолько низка, что он почти не возвращает излучение обратно.

Но стоит отметить, радиатор может отводить тепло только в том случае, если его температура выше температуры окружающей среды. Например, чёрная пластина площадью 1 м² при +20 °C в полном вакууме (с обеих сторон) может рассеивать до ~838 Вт в космос — в разы больше, чем вырабатывает солнечная панель той же площади (здесь учтена температура фонового излучения).



Так, даже без атмосферы можно эффективно отводить десятки–сотни ватт на квадратный метр. Однако при снижении температуры радиатора его способность излучать резко падает (из-за четвертой степени), поэтому для высоких тепловых нагрузок требуются либо очень высокие температуры радиатора, либо большая площадь излучения.

Посмотрим на опыт. На МКС применяют активную систему, в которой аммиак гоняется по внешним радиаторным панелям, покрытым материалами с высокой ИК-эмиссией и низким поглощением света (например, FEP-лентой или белыми красками).


Телескопы Hubble и James Webb тоже используют радиаторы — у Hubble это серебристо-серый FEP, у JWST — пятислойный тепловой экран плюс индивидуальные радиаторы для оптики. В обоих случаях материалы защищают от UV и микрометеоритов, но всё равно со временем происходит деградация — пленки трескаются, темнеют, ухудшая теплоотвод.

В свою очередь, у малых спутников (CubeSat и т.п.) площадь радиаторов ограничена, поэтому используются гибридные решения: фазовые аккумуляторы тепла, спящие режимы, тепловые трубки. Кроме того, в разработке находятся развёртываемые радиаторы.



На основе практики, главное узкое место охлаждения дата-центров в космосе — площадь. Чтобы справиться с киловаттами, нужны огромные, но лёгкие и надёжные радиаторы, причём направленные строго в сторону глубокого космоса (не на Солнце и не на Землю). Также требуется точная ориентация аппарата и защита от загрязнений, износостойкость — радиаторы могут повреждаться микрометеоритами, обрастать выхлопами, темнеть от UV.

▍ Связь и задержка

Данные с ЦОДов всё же нужно куда-то передавать. Аналитики отмечают, что основная задача таких дата-центров — обрабатывать информацию от соседних спутников-наблюдателей. Например, спутники дистанционного зондирования смогут передавать «сырой» поток ближайшему узлу ЦОДа, где данные будут анализироваться и сжиматься.

В итоге на Землю пойдут уже готовые результаты — это снизит нагрузку на каналы и серьёзно сократит задержку (низкая задержка между спутниками в LEO составляет лишь миллисекунды, в то время как через Землю передача занимает десятки мс на маршруты и задержки).

Кроме того, проект Axiom Space предлагает использовать лазерные межспутниковые терминалы. Компания заявляет, что их узлы ODC смогут обмениваться данными между собой по лазеру на скорости до 100 Гбит/с.

Разумеется, фактически реализовать всё это в космосе — нетривиальная инженерная задача. Однако уже проведены первые эксперименты и серийные анонсы. Так, в 2022 г. AWS удалённо активировал на МКС устройство Snowcone (2 CPU, 4 GB RAM, 14 TB SSD) и успешно обработал изображения прямо на орбите.



Летом 2024 года стало известно, что LEOcloud готовит виртуальный микродата-центр для МКС — запуск ожидается к концу 2025-го. Также в 2025 г. Axiom Space планирует вывести на орбиту два полноценных ЦОД-модуля, которые станут частью оптической сети Kepler и будут обеспечивать прямой доступ к облаку и ИИ-сервисам для других спутников.

▍ Стоимость невесомости

Орбитальные ЦОДы — это дорого. Основные расходы приходятся на запуск и обслуживание. Даже с появлением ракет вроде Starship, обещающих удешевление запусков до сотен долларов за килограмм, доставка тяжёлых модулей всё ещё обходится в миллионы за тонну. Каждый лишний килограмм требует усиленной ракеты и более мощной посадочной платформы.

Другой значимый фактор — массовое производство таких систем потребует крупных инвестиций. Модули должны быть максимально надёжны и ремонтопригодны «сами по себе», поэтому в расчёты амортизации должны закладываться риски (микрометеориты, сбои, космический мусор).

Тем не менее доступ к почти бесплатной солнечной энергии подталкивает к пересмотру экономики. Стартап Lumen Orbit приводит статистику : запуск орбитального ЦОДа на Starship обойдётся примерно в 10 млн долларов, тогда как эквивалентная наземная инфраструктура потребует около 140 млн долларов только на электроэнергию. Конечно, расчёты спорные, но при крупномасштабном развертывании они привлекательны.

▍ Экологические аспекты

Идея переноса облачных вычислений в космос — это способ снизить экологическую нагрузку на Землю. Орбитальные ЦОДы не требуют воды для охлаждения (в отличие от наземных, которые расходуют миллиарды литров в год), питаются от Солнца и не создают локального теплового эффекта.

Другой плюс орбитальных дата-центров — для космической ИТ-инфраструктуры не нужно вырубать леса или прокладывать ЛЭП. Совсем футуристические теории указывают на то, что они даже могут использовать внеземные источники воды — например, с астероидов, — хотя до этого ещё далеко.

Кроме того, они не выбрасывают углекислый газ при эксплуатации, хотя сами запуски ракет, конечно, CO₂-эмиссию дают. По расчётам проекта ASCEND, чтобы космический ЦОД действительно был экологичнее наземного, выбросы при пуске ракет нужно сократить в 10 раз. Пока до этого далеко, но многоразовые носители вроде SpaceX уже дают прогресс. И всё же каждый запуск — это десятки тонн CO₂.

Есть и другие специфические риски. Во-первых, космический мусор. Без грамотной утилизации и «мусорных орбит» масштабное развёртывание орбитальных дата-центров может усложнить космическое движение. Во-вторых — влияние на астрономию. Лазерная связь, отражающие поверхности и плотные спутниковые сети могут мешать наблюдению звёзд. По данным Cleantechnica, рост числа пролётов снижает видимость ночного неба, особенно для наземных телескопов.

Так, космические дата-центры потенциально экологичнее наземных — но только если решить вопрос с выбросами от запусков и утилизацией старых спутников.

▍ Правовые горизонты

Орбитальные ЦОДы попадут под действие существующей правовой системы космической деятельности. Главный базис — Договор о принципах деятельности государств в исследовании и использовании космического пространства (OST) 1967 года. Он закрепляет, что космос «свободен для исследований и использования всеми государствами» и не может быть присвоен никаким суверенным правом.

Однако право владения спутником или модулем закрепляется через юрисдикцию страны, которая запускает аппарат. По договору, именно это государство несёт ответственность за всё, что делает его спутник — будь он государственным или частным. Например, если Axiom Space запускает ЦОД с территории США, то с точки зрения международного права он считается «американским», и именно США отвечают за его действия, включая возможный ущерб или помехи. Аналогично — для запусков из Китая, России и других стран.

Поэтому все коммерческие орбитальные миссии требуют национальных лицензий. В США, например, любому спутнику нужна лицензия от FCC. У других стран — свои регуляторы и процедуры. Запуск частного дата-центра в космосе станет частью стандартной цепочки: регистрация, выбор орбиты, распределение частот, проверка на безопасность.

Вопрос обработки данных пока остаётся правовым серым полем. Формально ЦОД в космосе не находится на территории ни одного государства, но данные на нём могут быть защищены, например, GDPR или американским Cloud Act. Юристы склоняются к тому, что здесь будет применяться юрисдикция оператора и владельца данных, а не «место хранения».

Другие важные договоры — Конвенция о регистрации космических объектов (1975) и Договор об ответственности (1972). Они обязывают страны регистрировать запуски и отвечать за ущерб. Специальных соглашений о космических ЦОДах пока нет, но они вписываются в текущую правовую рамку.

На практике это значит, что любое вычисление за пределами Земли будет под контролем государства, чей флаг на аппарате. Так, европейские и российские пилотные ЦОДы получают поддержку ESA и «Роскосмоса».

Сама формулировка Договора о космосе — «для блага всего человечества» — гарантирует, что все страны должны иметь равный доступ к космическим ресурсам, в том числе к вычислительной инфраструктуре, хоть прямых слов об этом нет.

▍ Работоспособность концепции покажет будущее

Технологические шаги — полёты Snowcone и Spaceborne Computer на МКС, первые лазерные связи между спутниками — убедили сообщество в принципиальной возможности обработки данных в космосе.

Исследования показывают, что при определённых условиях орбитальный ЦОД может быть и экологически целесообразным при развитии «зелёных» ракет, и стратегически выгодным с точки зрения отказоустойчивости и задержки.

Аналитики считают, что концепция будет реализована поэтапно: сначала это будут спутники-серверы, как у RUVDS (спутник формата TinySat был запущен 27 июня 2023 года ракетой-носителем «Союз-2.1б») и модульные центры на орбите, интегрированные с земными системами, после — уже полноценные дата-центры.

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?