新“太空計算”模式，一文看懂

重要信息

在人們的直覺中，太空計算似乎是一個新近出現的非常前沿的概念，但如果回到航天系統的真實運行邏輯，就會發現，計算能力始終存在于航天體系之中，只是長期被放置在地面。

早期航天任務規模有限、數據量可控、任務周期較長，地面集中處理不僅足夠，而且更安全、可控。正是在這樣的技術與任務背景下，形成了以地面為核心的傳統太空計算模式。

然而，隨著商業航天快速發展、衛星星座密集部署、太空活動由工程型任務轉向持續性運行，預計服務場景將不斷擴展、數據體量將急劇增長、實時性要求將持續抬升，原有計算模式的局限將被系統性放大，太空計算轉型看起來勢在必行。

此外，數字經濟狂飆突進，IDC驚人預測到2025年全球年數據生成量將飆升到175ZB。龐大的數據洪流，正在對算力的吞吐量、時延和能效提出前所未有的嚴苛要求。海量數據的實時處理需求，正倒逼算力基礎設施突破地面局限。當地面數據中心陷入能耗高、延遲大、分布不均的困境時，新型太空計算模式，正嶄露頭角。

1、傳統太空計算模式

早期的太空計算，完全是地面站主導的遙控。衛星僅僅扮演著數據采集和傳輸的中轉站角色，幾乎所有的數據處理、任務決策都要依賴地面站完成。

這種模式的形成，源于早期航天任務的單一性。彼時的衛星主要承擔氣象觀測、簡單通信轉發等基礎任務，有限的星上算力和簡單的衛星網絡，足以支撐這些任務需求。

但從上個世紀90年代后期開始，傳統太空計算模式的短板逐漸暴露，甚至成為航天技術發展的絆腳石。

傳統太空計算模式的三個關鍵前提是：①數據規模可由通信鏈路承載；②下傳時間窗口充足、時延可接受；③地面處理中心具備處理全天候持續數據源的能力。

然而，隨著低軌衛星數量激增與應用場景變復雜，這些前提正在成為約束，一是每天來自成千上萬顆衛星的數據體量遠超傳輸能力；二是實時性需求（如災害預警、導航修正、應急通信）對時延容忍度極低；三是地面中心的處理負載與數據存儲壓力劇增，成本攀升，能效比下降。

對低地球軌道（LEO）通信衛星星座來說，透明轉發模式能降低衛星復雜度和成本，要實現全球覆蓋，必然低軌衛星會經過海洋、荒漠等無法建設地面站的區域，在這些區域，沒有地面站支持的衛星就如同 斷線的風箏，測控、網關等核心功能全部癱瘓。為了確保全球服務能力，衛星必須搭載星間鏈路，具備星上自主處理能力，這直接催生了通信星座的太空計算需求。

此外，數據顯示，全球遙感數據的日處理量已比2020年增長近15倍。而對遙感衛星而言，成像技術的飛速進步讓衛星采集的數據量呈指數級增長，這給衛星下行數傳通道帶來了巨大壓力。為緩解這一問題，激光對地數傳、激光中繼回傳等技術應運而生，但這些技術成熟度低、成本高昂，對小型衛星并不友好。于是，在星上執行簡單的數據篩選，刪除不需要下傳的無效數據，成為遙感衛星的首個太空計算需求。

至此，傳統太空計算模式的遙控邏輯，已經無法匹配航天技術的發展節奏。業界有對2025到2026年的市場數據顯示，全球在軌計算衛星數量預計突破千顆規模，且邊緣計算與AI處理成為主流技術路線。

2、需求驅動，地面算力瓶頸倒逼太空新賽道

傳統太空計算模式的桎梏，在全球數據洪流、航天應用升級的雙重沖擊下日益凸顯，而地面算力架構的固有缺陷，更是讓太空計算的發展需求變得迫切。

傳統地面算力的第一個痛點是算力分布嚴重不均。當前，全球大部分算力資源集中在少數發達國家和地區的核心城市，偏遠地區和發展中國家難以享受到高質量的算力服務。長距離的數據傳輸不僅會產生高額的帶寬成本，更會帶來無法忽視的網絡延遲。這對自動駕駛、遠程醫療、實時遙感監測等低時延需求的應用來說，幾乎是致命的缺陷。

第二個痛點是高能耗與高成本問題突出。大規模地面數據中心是名副其實的電老虎，其運行需要消耗巨量的電力資源，同時冷卻系統的建設和維護成本也居高不下。隨著人工智能大模型的快速演進，訓練一次千億參數的大模型，需要消耗的算力足以讓一個中型數據中心滿負荷運轉數月，地面算力的天花板日益清晰。

更關鍵的是，極端場景下的算力剛需，讓太空計算成為不可替代的選擇。當地震、洪水、臺風等重大自然災害發生時，地面通信和電力系統往往會全面癱瘓，此時地面算力將完全失效。而部署在LEO的太空數據中心，能夠不受地面環境影響，快速建立應急通信鏈路，對多源遙感數據進行在軌實時處理，為災情動態評估、風險預測和救援路徑優化提供關鍵支撐。

此外，在空間態勢感知、低空交通管理、高精度氣象預報等領域，天基實時算力更是能發揮地面算力無法比擬的優勢，為這些領域的發展提供全新的技術可能。

傳統太空計算模式的局限與地面算力的多重瓶頸，共同指向了一個全新的方向，即把算力搬到太空，構建自主、高效的天基算力網絡。

3、新太空計算模式

當地面算力的天花板日益清晰，一場向太空要算力的技術革命正悄然拉開序幕，而復用地面商用成熟技術，成為這場革命的核心突破口。

過去，星載計算設備依賴專用抗輻射集成電路，這類芯片研發周期長、成本高、算力低，嚴重制約了太空計算的發展。

而隨著微小衛星平臺的成熟與規模化部署，降低航天器研制成本、提升系統效費比，成為商業航天與國家空間項目共同關注的核心議題。在此背景下，商用現成品或技術（COTS）開始被引入空間電子系統設計。

近年來，基于COTS的處理器、存儲器、現場可編程門陣列（FPGA）等元器件，已在多個低軌衛星任務中完成在軌驗證與應用，顯著縮短了星載計算系統的研發周期，大幅降低了制造成本。

主流芯片企業的入局，更是推動著新太空計算模式的發展。英偉達、英特爾、AMD等芯片企業以及國內相關企業通過篩選、加固、容錯設計等方式，讓原本用于地面的通用計算芯片具備了太空環境適應性。

英偉達

其提供專為高可靠性、極端溫度環境和在軌人工智能處理而設計的航空航天級加固型工業模塊AGX Orin、AGX Xavier、TX2i和下一代平臺Jetson Thor。這些模塊被合作伙伴用于為衛星、無人機和航天器創建專用、耐輻射系統。

比如Jetson AGX Thor（Blackwell架構）產品于2025年發布，是未來太空計算的代表，提供高達2070 FP4 TFLOPS的算力（比Orin的AI計算能力高7.5倍）和128 GB LPDDR5X內存，可在軌實現先進的實時人工智能處理，無需將數據傳回地球。

又如Jetson AGX Orin Industrial模塊專為惡劣環境設計，可提供高達248 TOPS的AI性能，功耗可在15-75 W之間配置，適用于太空應用。

雖然并非完全耐輻射（抗輻射加固），但Jetson TX2i等模塊與專用系統配合使用時已成功應用于軌道，制造商也進行了輻射特性測試。

此外，英偉達推出Space AI平臺，完成CUDA、TensorRT 軟件棧的航天化移植，搭建太空分布式AI計算集群，并與全球主流商業航天企業達成供貨合作，實現加固型AI芯片批量搭載，以全棧式算力方案支撐在軌智能處理，助力新一代太空計算架構的規模化發展。

英特爾

其推出Xeon航天加固版、Atom高可靠系列處理器，完成輻射加固、寬溫適配與容錯重構設計，通過航天級嚴苛篩選，廣泛應用于低軌衛星星上主控與數據處理單元；Stratix、Arria 系列FPGA完成宇航級輻射加固迭代，承擔遙感數據預處理、星間通信調度任務，配套容錯軟件可實現在軌故障自愈。

同時，英特爾推出空間場景專用AI加速器定制方案，與NASA合作搭建太空邊緣計算體系，支撐高光譜遙感解譯、機器學習推理等任務，現已成為OneWeb等低軌星座的核心芯片供應商，實現從實驗室驗證到星座級批量部署的跨越，持續完善新一代太空計算架構，助力星上處理向在軌預處理與智能分析加速轉型。

AMD

此外，AMD與全球主流衛星制造商、航天方案商聯合推出標準化星上AI計算平臺，基于Versal AI Core打造即插即用的在軌處理單元，成為商業衛星星上智能處理的主流芯片方案之一。

2022年，AMD宣布其Versal AI Core系列自適應SoC產品經輻射評估后，可用于低地球軌道短期任務，能夠支持機器學習推理、遙感圖像實時識別等高階任務。

在2022年低軌短期任務驗證基礎上，AMD完成Versal AI Core/RFSoC系列的宇航級輻射加固定型，突破僅短期任務限制，獲得低軌衛星長期在軌、商業航天批量部署認證，抗總劑量輻射、單粒子效應容錯能力滿足商業低軌星座、遙感衛星全生命周期需求，不再局限于試驗性應用。

2024年，AMD又與VORAGO合作，實現了太空級Kintex UltraScale FPGA的在軌重構，大幅提升了星載計算設備的可靠性和靈活性。

國內企業

國內企業全面對標國際廠商，圍繞星上在軌計算與空間智能處理展開全鏈條布局，已形成 CPU、FPGA、AI芯片、宇航級專用芯片的完整產品體系。中電科作為國家隊主力，構建起覆蓋星上計算的全棧芯片能力，多款芯片實現規模化在軌應用。飛騰、龍芯完成高性能通用CPU的航天輻照加固、容錯設計與在軌部署，應用于低軌星座與遙感衛星的星上主控及數據預處理。復旦微電、紫光國微實現國產宇航級FPGA迭代升級，通過在軌重構技術適配空間環境，承接星上可編程算力任務。寒武紀推出加固版AI芯片，完成在軌AI推理與遙感圖像實時識別驗證，對標英偉達航天級AI算力方案。

這些技術的突破，推動星上信息處理由傳統的原始數據下傳、地面集中處理模式，向在軌預處理與智能分析模式轉變，持續促進了新一代太空計算架構的發展。

新太空計算模式的發展，衍生出兩條并行且互補的技術路徑。

一條路徑是提升單星自主處理能力，讓衛星搭載高性能芯片，實現圖像壓縮、目標識別、路由計算等功能，在提升任務效率的同時降低數據下傳成本。

另一條路徑則更具顛覆性，即構建天基算力網絡，將地面超大型數據中心的功能搬上太空，打造能夠為多租戶提供服務的太空數據中心，為不具備在軌處理能力的衛星提供算力即服務CaaS。

目前，這兩條路徑在國內外都有較快速度的規劃和實踐，且后者越來越展現出超越前者的優勢和必要性。

我國在這一領域的布局也正在加速推進，2025年5月，之江實驗室主導構建的一箭12星太空計算衛星星座成功發射，全球首個投入運營，單星最高算力達744TOPS，12顆衛星互聯后具備5POPS的計算能力和30TB存儲容量，可對L0-L4級衛星數據進行在軌處理。三體計算星座將在2026年攜手多家衛星企業完成超50顆計算衛星的布局，并計劃在2027年完成三體計算星座100顆衛星的規模建設。

此外，北京正加速布局千兆瓦級太空數據中心，計劃分三階段實現天數天算、地數天算、天基主算的目標，未來有望建成可容納百萬卡級別服務器集群的天基算力網絡，為全球用戶提供泛在、高效的算力服務。

當地時間1月30日，SpaceX向FCC申請發射部署100萬顆LEO衛星以組建太空計算中心，FCC迅速在2月4日宣布受理相關申請，開始進行監管討論。綜合諸多分析師、頂級天體物理學家的觀點看，上述計劃，將面臨巨大的技術、運營和財務挑戰，可進一步參閱我們前幾天的報道：

③《》。

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