Стремительный рост объёма искусственного интеллекта и облачных сервисов заставляет компании искать новые источники энергии для центров обработки данных. Одной из самых необычных идей последних лет стали орбитальные дата-центры, работающие на солнечной энергии в космосе. Однако новое исследование учёного Лаборатории реактивного движения NASA Вячеслава Турышева показывает, что между красивой концепцией и коммерческой реальностью лежит огромная инженерная пропасть.

Автор работы проанализировал, способны ли орбитальные центры обработки данных конкурировать с наземными объектами по стоимости и эффективности. Для этого была создана математическая модель, учитывающая массу оборудования, потребление энергии, возможности связи с Землёй, воздействие радиации и срок службы спутников.

Иллюстрация: Nano Banana

Интерес к подобным системам резко вырос на фоне энергетических ограничений на Земле. По прогнозам, уже к 2028 году мировые дата-центры будут потреблять от 325 до 580 ТВт·ч электроэнергии ежегодно. Во многих регионах новые серверные комплексы строятся медленнее, чем развивается энергетическая инфраструктура, поэтому идея перенести вычисления в космос выглядит всё более привлекательной.

На первый взгляд орбита обладает серьёзными преимуществами. Спутники могут практически постоянно получать энергию от Солнца и не зависят от наземных электросетей. Однако исследование показывает, что физика быстро сводит эти преимущества на нет.

Главная проблема — охлаждение. На Земле серверы отводят тепло с помощью воздуха или жидкостей, но в вакууме конвекция отсутствует. Единственным способом избавиться от избыточного тепла остаются огромные радиаторы, излучающие энергию в космос. Для гипотетического вычислительного узла мощностью 1 МВт потребуется около 5600 квадратных метров солнечных панелей и примерно 2500 квадратных метров радиаторов.

Даже в оптимистичных сценариях масса такой системы оказывается чрезвычайно высокой. По расчётам автора, на каждый киловатт вычислительной мощности приходится от 34 до 59 килограммов спутниковой инфраструктуры. Значительную часть этой массы составляют не сами вычислительные блоки, а панели, аккумуляторы, радиаторы и служебные системы.

Дополнительные сложности создают затмения, во время которых спутники временно лишаются солнечного света. Для поддержания работы приходится наращивать запасы энергии и увеличивать размеры энергетической системы. Не менее серьёзным фактором остаётся радиация, которая постепенно ухудшает характеристики электроники и сокращает срок службы аппаратов.

Отдельный барьер связан с передачей данных. Исследование выделяет три потенциальных сценария использования орбитальных вычислений. Наиболее реалистичным выглядит предварительная обработка данных непосредственно в космосе — например, анализ спутниковых снимков перед отправкой на Землю. Более перспективными также выглядят вычислительные узлы, встроенные в спутниковые сети связи.

Зато идея полноценного космического аналога современных облачных платформ оказалась самой проблемной. Для массовых сервисов критически важны огромные объёмы обмена данными между пользователями и дата-центрами. По мере роста мощности орбитальных вычислительных комплексов именно пропускная способность каналов связи становится главным ограничителем.

Экономические расчёты оказались ещё более жёсткими. Чтобы орбитальный дата-центр мог конкурировать с наземными объектами, совокупная стоимость его производства и вывода на орбиту должна составлять от $250 до $1000 за килограмм. Современные коммерческие пуски обходятся существенно дороже даже без учёта стоимости самого оборудования.

В результате автор приходит к выводу, что орбитальные дата-центры пока что не могут рассматриваться как полноценная замена наземной инфраструктуре. Наиболее жизнеспособными остаются специализированные сценарии сопутствующей нагрузки научных миссий, связанные с обработкой космических данных или поддержкой спутниковых сетей.

При этом исследование не ставит крест на самой концепции. Напротив, работа показывает, какие технологии способны изменить ситуацию в будущем. Ключевыми направлениями названы дальнейшее снижение стоимости запусков, создание электроники, способной работать при более высоких температурах, и разработка сверхлёгких систем теплоотвода. Именно эти факторы, а не доступность солнечной энергии, будут определять судьбу космических дата-центров в ближайшие десятилетия.