专家：太空数据中心面临“垃圾难题”

　　参考消息网12月24日报道 美国《财富》杂志网站12月3日刊登题为《谷歌太空数据中心计划面临数千个(小)难题：太空垃圾》的文章，作者是密歇根大学副研究员穆杰塔巴·阿哈万·塔夫蒂，内容编译如下：

　　人工智能与云服务的快速扩张催生了对算力的巨大需求。这一激增态势给数据基础设施带来了巨大压力，因为这类设施的运行需要消耗大量电力。一座中型数据中心的耗电量足以供约1.65万户家庭使用，而规模更大的设施耗电量甚至相当于一座小城市。

　　过去几年间，科技行业领袖们愈发倡导发展天基人工智能基础设施，将其视为解决数据中心电力需求的途径。

　　在太空中，可经由太阳能电池板转化为电能的阳光既充足又稳定。今年11月4日，谷歌公司公布了“太阳捕手”计划，提出一项大胆提议：向近地轨道发射由81颗卫星组成的星座。该公司计划利用这一星座收集太阳能，为下一代太空人工智能数据中心提供动力。与将电能传回地球不同，该星座将把数据传回地球。

　　举例来说，若你向聊天机器人询问酸面包的烘焙方法，系统不会启动弗吉尼亚州的某座数据中心来生成回复，而是将你的查询发送至太空星座，由完全依靠太阳能运行的芯片进行处理，再将食谱发回你的设备。这样做的好处是，数据处理产生的大量热量将留在寒冷的太空真空中。

　　作为一名科技创业者，我赞赏谷歌这一雄心勃勃的计划。但作为一名太空科学家，我预测该公司很快将不得不面对一个日益严峻的问题：太空垃圾。

　　连锁碰撞风险

　　太空垃圾指地球轨道上失效的人造物体的集合，如今已对航天机构、企业和宇航员造成影响。这些碎片既包括火箭残骸和报废卫星等大型物体，也包含剥落的涂料碎屑和卫星解体产生的微小残片。

　　近地轨道上的太空垃圾以高超声速飞行，速度约为每小时2.8万公里。在这一速度下，与一颗蓝莓大小的碎片相撞，其冲击力堪比被高空坠落的铁砧击中。

　　卫星解体事件和反卫星试验已产生了惊人数量的太空垃圾，而太空探索技术公司的“星链”计划等商业卫星星座的快速扩张进一步加剧了这场危机。目前，“星链”计划网络已拥有超过7500颗卫星，为全球提供高速互联网服务。

　　美国太空军通过地基雷达和光学望远镜，持续追踪着超过4万个垒球大小及以上的太空物体。然而，这一数字仅占轨道上具有致命威胁物体数量的不到1%。绝大多数碎片体积过小，现有望远镜难以对其进行可靠识别和追踪。早在2018年，国际空间站也曾发生类似事件，当时俄罗斯媒体猜测可能是美国国家航空航天局的宇航员蓄意破坏空间站，这一事件一度给美俄关系带来挑战。

　　谷歌计划部署的轨道层面，即距地约650公里的太阳同步轨道，是获取不间断太阳能的理想位置。在这一轨道上，航天器的太阳能电池板将始终处于直射阳光下，能够持续发电为搭载的人工智能有效载荷供电。但也正因为如此，太阳同步轨道也是近地轨道中最拥挤的“高速公路”，轨道上的物体最易与其他卫星或碎片发生碰撞。

　　随着新物体的不断加入和现有物体的解体，近地轨道可能会逼近“凯斯勒综合征”的临界状态。根据这一理论，一旦近地轨道上的物体数量超过临界阈值，物体间的碰撞将产生连锁反应，生成大量新的太空垃圾。最终，这种碰撞连锁反应可能导致某些轨道完全无法使用。

　　博弈物理法则

　　“太阳捕手”计划部署一组携带大型太阳能电池板的卫星，这些卫星将在半径仅1公里的范围内飞行，每个节点间距不足200米。打个形象的比方：这就像在美国代托纳国际赛道(全长约4公里)大小的环形轨道上，81辆赛车以约每小时2.8万公里的速度行驶，而它们之间的间距仅相当于高速公路上安全刹车所需的距离。

　　这种超高密度的编队方式对卫星间的数据传输至关重要。该星座将复杂的人工智能计算任务分配给81个卫星单元，使它们能够作为一个庞大的分布式大脑同步“思考”和处理数据。谷歌正与一家太空公司合作，计划在2027年初发射两颗原型卫星以验证相关硬件。

　　但在太空真空中，编队飞行如同与物理法则的持续博弈。尽管近地轨道的大气极其稀薄，但并非完全真空。稀疏的空气粒子会对卫星产生轨道阻力，这种力会阻碍航天器运行，使其减速并降低轨道高度。表面积较大的卫星受阻力影响更为明显，就像一面迎风的帆。

　　更复杂的是，太阳释放的粒子流和磁场(即“空间天气”)会导致近地轨道空气粒子密度发生不可预测的波动，而这些波动会直接影响轨道阻力的大小。

　　当卫星间距不足200米时，容错空间几乎为零。一次碰撞不仅可能摧毁一颗卫星，还可能使其爆炸并撞击邻近卫星，引发连锁反应，导致整个星座覆灭，并将数百万新碎片随机抛撒至俨然已好比雷区的轨道上。

　　主动规避功能

　　为防止碰撞和连锁反应，卫星公司应采用“零残留”标准，即设计不会碎裂、不会释放碎片、不会危及邻近卫星，且能安全脱离轨道的卫星。对于“太阳捕手”计划这样密度高、结构复杂的星座而言，达到此标准可能需要为卫星配备能自主探测碎片场并灵活规避的“条件反射”系统。但目前“太阳捕手”计划的设计中并未包含这些主动规避功能。

　　仅2025年上半年，太空探索技术公司的“星链”计划星座就执行了惊人的144404次避撞机动，以躲避太空垃圾和其他航天器。同样，“太阳捕手”计划星座可能每五秒就会遭遇一颗沙粒大小及更大的太空碎片。

　　当前的物体追踪基础设施通常只能监测到垒球大小及以上的碎片，数百万个更小的碎片对卫星运营商而言实际上如同隐形。未来的卫星星座需要搭载星载探测系统，能够主动识别这些小型威胁并实时自主调整轨道。

　　为“太阳捕手”计划配备主动规避功能将是一项工程壮举。由于卫星间距极小，整个星座需要作为一个整体协同响应。卫星们需像一群同步飞行的鸟类一样协调重新定位，每颗卫星都要对邻近卫星的最轻微移动做出反应。

　　支付轨道费用

　　然而，技术解决方案的作用毕竟有限。2022年9月，美国联邦通信委员会出台规定，要求卫星运营商在任务结束后五年内将航天器移出轨道，这通常需要通过受控离轨机动实现。如今，运营商必须预留足够燃料，以便在任务末期启动推进器降低卫星轨道高度，直至大气阻力接管并使航天器在大气层中烧毁。

　　但该规定并未解决已存在于太空的垃圾，也未涉及未来因事故或意外产生的新垃圾。为应对这些问题，部分政策制定者提议征收“太空垃圾清理使用税”。

　　这种使用税或轨道使用费将根据卫星星座对轨道造成的压力向运营商征税，类似大型重型车辆需缴纳更高的公路使用费。这些资金将用于资助主动清理太空垃圾的任务，捕获并移除最危险的太空碎片。

　　避撞只是一种临时性的技术解决方案，而非解决太空垃圾问题的长久之计。随着部分企业将太空视为数据中心的新家园，而另一些企业持续向轨道发射卫星星座，新的政策法规和太空垃圾主动清理项目将有助于保持近地轨道的可运营性。（杨柯）