一位太空科學家用這座 3D 模型,說明為什麼這個方法在物理上行得通;接著由一位經濟學家,檢視這門生意的 top line 與 bottom line。
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地面資料中心靠空氣與水對流散熱;軌道上沒有可以帶走熱的介質。艙內仍可以靠固體傳導與流體迴路搬運熱,但熱最後一定要由散熱板以紅外線射向太空。
地球附近約 1,361 W/m²。太陽能板只吸收其中一部分轉成電,其餘的熱由太陽能板自己向太空輻射掉。
本模型採陣列淨輸出 250 W/m²,與 SpaceX 公開的 AI1 假設相同。600 m² 對應 150 kW。
能量守恆:晶片用掉的電,幾乎全部變成熱。150 kW 的電,就有 150 kW 的熱要送走。
冷板貼著晶片,泵浦推動冷卻液把熱送到散熱板,降溫後的液體再流回來。
散熱板以紅外線向深空放熱,能力隨絕對溫度的四次方增加。散熱板側對太陽,避免吸收陽光。
輻射散熱與絕對溫度的四次方成正比。散熱板從 20°C 提高到 80°C,絕對溫度只增加約兩成,每 m² 的散熱能力卻變成約 2.1 倍。所以散熱板能承受的溫度越高,需要的面積越小;反過來,要把晶片維持得越涼,散熱板就得越大。
這也解釋了為什麼散熱板可以比太陽能板小:太陽能板每 m² 只供應 250 W 的電,而 70°C 左右的雙面散熱板,每 m² 可以排出約 1,400 W 的熱。兩者相除,散熱板約只需太陽能板面積的兩成。
如果排出去的熱比進來的少,多出來的熱就留在系統裡,溫度上升;溫度一升高,輻射就變強,直到進出相等為止。散熱板太小,系統不會「當機」,而是穩定在一個更高的溫度。問題在於那個溫度晶片撐不撐得住。
模型假設與限制
軌道高度取 600 km:一面朝地球的視角因子約 0.835,側對地球每面約 0.249。地球外逸長波輻射取年均 238 W/m²。
未計入:日照段的地球反照光(反照率約 0.3)、散熱板邊緣與結構的寄生熱流、泵浦耗電、塗層老化、散熱板本身的溫度梯度。散熱板溫度以單一平均值計,畫面上的漸層只是示意。結果適合用來理解原理與估算量級,不能直接當作工程設計值。
以「每 1 kW 的 IT 算力、每一年」為單位,比較地面機房與太空機房。Top line 是算力租金;bottom line 是扣掉晶片折舊與基礎設施成本後的損益(未計人事、網路頻寬、稅負與資金成本)。標示「有出處」的預設值來自查證紀錄,標示「假設」的是討論用數字,請依你的情境調整。
橫軸為對數刻度。藍線是太空機房的 bottom line 隨發射成本變化;橘色虛線是地面機房的 bottom line。兩線交點就是「太空追平地面」的發射價格。
逐項核對原始頁面的數據、公式與參考連結,並標出這一版修正或新增的地方。
| 項目 | 頁面採用 | 查證結果 | 出處 |
|---|---|---|---|
| 史蒂芬-波茲曼常數 | 5.670374419 × 10⁻⁸ W·m⁻²·K⁻⁴ | ✓ 正確 2019 年 SI 改制後為精確值。 | NIST CODATA |
| 深空背景溫度 | 2.725 K | ✓ 正確 COBE/FIRAS 定案值 2.725 ± 0.002 K。對 60°C 散熱板的影響小到可以忽略。 | NASA LAMBDA・COBE FIRAS |
| 太陽常數 | 1,361 W/m² | ✓ 正確 TSIS-1 於 2019 年太陽極小期量得 1,361.6 ± 0.3 W/m²。 | NASA GSFC |
| 太陽能陣列淨輸出 | 250 W/m² | ✓ 合理 與 SpaceX 公開的 AI1 假設相同。太空多接面電池片效率約 30%(電池片層級約 400 W/m²),陣列層級因封裝、溫度、指向與老化而較低。 | DCD(AI1)・NASA SST 第 3 章 |
| 紅外線發射率 | 0.90(原頁 0.93) | ⚠ 調整 常用白色散熱塗層 AZ-93 為 0.91 ± 0.02。0.93 偏樂觀;且低軌的原子氧與紫外線會讓塗層老化,壽命末期要保守估。 | NASA SST 第 7 章・AZ-93 材料說明 |
| 每 m² 雙面散熱 | 原頁 1,299 W(60°C、ε 0.93) | ✓ 計算正確 本版預設 AI1 條件:110 m² 散熱板排 150 kW,需每 m² 約 1,364 W,對應約 67°C。SpaceX 自己的假設是每 m² 約 1,400 W、雙面散熱、刀鋒側對太陽。 | DCD(AI1) |
| 地球紅外線 | 原頁忽略 | ⚠ 補上 地球年均外逸長波約 238 W/m²。低軌時散熱板若一面朝地球,每 m² 會多吸收約 180 W,溫度約高 10°C。新增「軌道環境」選項。NASA 的熱平衡式本來就包含行星紅外線與反照光。 | Dewitte & Clerbaux 2017・NASA SST 第 7 章 |
| 地球反照光 | 未計入 | ◐ 仍為簡化 日照段的反照光會再增加負荷;ESA 估地球紅外線加反照約 300 W/m²。低太陽吸收率塗層可減輕。 | ESA Bulletin 107 |
| 升溫過程 | 原頁只有穩態 | ⚠ 新增 依 NASA 熱平衡式加入熱容量項,畫面會顯示溫度如何收斂到平衡點(時間已加速)。 | NASA SST 式 (1) |
| ESA 參考連結 | 原標「ESA|Radiator Equation」 | ⚠ 更正標題 該 PDF 是 ESA Bulletin 107(2001)〈Cryogenics in Space〉,文中含散熱板方程式 Q = σSFε(T⁴ − T₀⁴)。連結有效。 | ESA PDF |
| NASA、ESA 熱控制頁 | 原頁參考連結 | ✓ 有效 NASA 頁面於 2026 年 5 月更新為新版。 | NASA・ESA |
| 真實尺度參照 | 新增 | ◐ 參照 國際太空站外部主動熱控系統以 6 組散熱板陣列排除約 70 kW,並以旋轉關節調整散熱板方向。 | SAE 951651 |
軌道資料中心已經從概念走到原型與申請文件階段,但還沒有任何一座以商業規模運轉。
約 60 公斤的衛星載著一顆 NVIDIA H100 進入軌道,是第一顆資料中心等級的 GPU 上太空。
規劃在晨昏太陽同步軌道部署搭載 TPU 的衛星群;與 Planet 合作,預計 2027 年初發射兩顆原型。研究團隊估計發射價格若在 2030 年代中期降到每公斤 200 美元以下,成本可與地面機房的電費相當。
申請最多一百萬顆衛星;文件目標為每公噸衛星 100 kW 算力。
峰值 150 kW、平均 120 kW 算力;110 m² 可展開液體散熱板;假設太陽能陣列每 m² 250 W、散熱板每 m² 約 1,400 W,雙面散熱、側對太陽。
估算一座 1 GW 太空資料中心約 1,700 億美元,發射與衛星占約六成;要追平地面需要成本再降約七成。
改為 2027 年以共乘發射兩顆 8 kW 的運算衛星。
在投資人會議上說明軌道資料中心的時程。