在轨人工智能散热成新战场　从韦布望远镜制冷技术到太空数据中心竞赛

【路德社·报道 ET 2025年11月25日】

随着人工智能算力和能耗快速攀升，“把数据中心送上太空”正在从概念走向真实项目。美国科技作者布赖恩·罗梅勒近期在社交平台提出设想，认为可以借鉴詹姆斯·韦布空间望远镜的低温制冷技术，为近地轨道的人工智能服务器降温，引发业界讨论。围绕这一设想，现实中的太空数据中心实验与技术路线分化也逐渐清晰。

HOW TO COOL AI SERVERS IN LOW EARTH ORBIT—SOLVED

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Revolutionary Cooling for Space-Based AI: Adapting JWST’s Acoustic Cryogenic System for the Next Frontier

The unforgiving vacuum of space, where temperatures plummet to near absolute zero, managing heat is a paradoxical… pic.twitter.com/crcVSOfJ41

— Brian Roemmele (@BrianRoemmele) November 25, 2025

罗梅勒的设想大致建立在两个判断之上︰一是太空真空环境中没有对流散热，传统依赖大面积辐射散热板的方式在单路热负载达到数百瓦的人工智能服务器场景下会变得笨重；二是詹姆斯·韦布空间望远镜已经在轨验证了一套成熟的机械低温制冷系统，可以将中红外仪器 MIRI 的工作温度压低到约 7K，仅靠被动散热难以做到。按照美国国家航空航天局公开资料，这套系统结合了多级脉管制冷机与氦气焦耳–汤姆孙膨胀循环，专门为 MIRI 提供主动制冷，是韦布望远镜热控系统的核心之一。

在罗梅勒笔下，如果将类似的脉管制冷技术缩小、模块化，就可以直接嵌入在轨人工智能服务器机柜，为中央处理器和图形处理器提供更低、更稳定的工作温度，从而压缩外部辐射散热面积，提高单星算力密度。与其说这是对现有工程方案的精确推演，不如说是利用一个已经在深空成功运行的低温样板，对未来太空算力形态的一次“技术想象”。

与这一想象并行，现实中的太空数据中心已经开始进入实证阶段。2025 年 8 月 19 日，美国国际空间站国家实验室宣布，一项由 Axiom Space 和红帽公司合作的“轨道数据中心”技术演示装置已经随补给任务抵达空间站。该装置运行基于 Kubernetes 的边缘计算平台，重点验证在 400 公里高度轨道环境下，商业服务器和容器化工作负载能否长期稳定运行，被视为在轨算力的“首个原型机”。

面向专门的轨道数据中心项目，初创公司 Starcloud 正在推进一条更激进的路线。公司披露的计划显示，首颗 Starcloud 卫星配备小型化图形处理器集群和持久化存储，将在 2026 年前后进入太阳同步轨道，随后逐步扩展到兆瓦级乃至更大规模的太阳能供电与散热结构。该公司与人工智能基础设施企业 Crusoe 达成合作，后者计划自 2026 年起在 Starcloud 卫星上运行 Crusoe Cloud 平台，预计 2027 年开始向客户提供有限的在轨图形处理器算力服务。

在散热方案上，Starcloud 当前公布的信息更接近传统航天热控思路——依赖超大面积太阳能阵列和冷却板，将热量通过辐射方式排入太空。公司对外宣传中称，计划在 2030 年代早期部署千兆瓦级在轨数据中心，使用宽度数公里的太阳能和冷却结构，将轨道环境视为“近乎无限的热沉”。这意味着，至少在第一代商业在轨数据中心设计中，大面积辐射散热板仍是主流，而并非罗梅勒设想的那种“内部主动低温制冷＋小面积外部散热”的结构。

科技巨头也加入了这一赛道。2025 年 11 月 4 日，谷歌公布了代号为“日光采集器”（Project Suncatcher）的研究计划，探索在低地轨道部署搭载张量处理器（TPU）的卫星星座，将人工智能数据中心搬入太空、依靠连续太阳能供电。谷歌在技术白皮书中承认，热管理和辐射防护是决定项目成败的关键因素之一，必须在实现高密度算力的同时，解决芯片在强辐射、温度剧烈变化环境下长期稳定运行的问题。公司内部的经济性分析认为，若发射成本在 2030 年代中期进一步下降，太空数据中心的单位算力成本才有可能接近甚至低于地面设施。

回到罗梅勒提出的“韦布式制冷”路线，公开资料表明，詹姆斯·韦布空间望远镜上的低温制冷系统为单一科学仪器量身定制，结构复杂、成本高昂。欧洲航天局和相关技术综述显示，这套系统采用三极脉管预冷器为氦气焦耳–汤姆孙冷却环路预冷，再通过专门的辐射屏蔽和多级热连接实现从约 40K 逐级降温到低于 7K 的目标温度，其设计重点是“低振动、高可靠、单机终身使用”。这些特性非常适合红外探测器，却未必直接适合在轨人工智能服务器这样的高热流、大规模可更换载荷。

从行业当前公开路径可以看出，在轨算力的散热路线正出现一定分化。一方面，Starcloud、Crusoe 等项目仍主要依赖大面积散热结构，辅以优化的热导路径和电源管理，将真空环境视为“超级辐射散热器”；另一方面，像 Axiom Space 的国际空间站轨道数据中心节点，则更接近地面机柜的延伸，在空间站整体热控系统内寻找工程平衡。在这种格局下，罗梅勒提出的将成熟航天低温制冷技术“下放”到太空数据中心的思路，为未来可能出现的高端细分场景提供了一个有启发意义的方向，例如需要极低温度的量子处理器或高灵敏度传感器与人工智能混合载荷。

综合来看，罗梅勒的文章更像是一篇用已验证的深空低温技术串联太空算力未来的“引子”，真实项目则在用各自不同的方式回答几个关键问题︰在轨算力是否真的能在成本上压过地面数据中心，轨道环境能否转化为可靠的散热优势，复杂的主动制冷系统能否在无法维修的条件下长期稳定运行。接下来几年，国际空间站上的轨道数据节点、Starcloud 等公司的首批在轨图形处理器集群，以及谷歌“日光采集器”等试验任务，将为这些问题提供更具体的答案。

• 参考资料
  • 美国国家航空航天局 | 韦布太空望远镜制冷机：Cryocooler 介绍
  • 欧洲航天局 | 詹姆斯·韦布太空望远镜中红外仪器 MIRI 概述
  • Hackaday 技术博客 | 堪称最冷的设备：韦布望远镜的制冷机
  • 国际空间站国家实验室 | 轨道数据中心发射前往国际空间站以推进太空计算
  • Axiom Space 公司 | Axiom Space 与 Spacebilt 宣布在国际空间站部署轨道数据中心节点
  • Starcloud 公司 | Starcloud-2 轨道 GPU 集群与云计算卫星
  • Crusoe 公司 | Crusoe 与 Starcloud 签署协议成为首家在太空运营云服务的公司
  • DataCenterDynamics | Crusoe 将在 Starcloud 卫星数据中心部署基础设施并于 2027 年起在太空提供有限 GPU 能力
  • 英伟达官方博客 | Starcloud 如何把数据中心带入太空
  • 谷歌研究博客 | 探索面向太空的可扩展 AI 基础设施系统设计
  • The Verge 科技媒体 | Project Suncatcher 探索在太空为 AI 数据中心供能
  • 商业内幕 | 谷歌计划在太空建设利用太阳能的 AI 数据中心
  • 印度经济时报 | 谷歌将测试在太空建设 AI 数据中心
  • Tom’s Hardware | 英伟达 H100 GPU 即将进入太空：Crusoe 与 Starcloud 率先打造太空太阳能 AI 云数据中心
  • TechRadar Pro | 数据中心进军太空：Starcloud 和 Crusoe 准备将英伟达 H100 GPU 送入轨道