從太空汲取無限能源：太空AI數據中心新紀元
隨著人工智能（AI）技術的飛速發展，全球對高效能數據處理和儲存的需求急劇上升。然而，傳統地面數據中心在面臨電力供應不足、營運成本高昂以及資源消耗嚴重等多重挑戰時，科技界正積極尋求創新的解決方案。近年來，將AI數據中心部署到太空中，利用無限且穩定的太陽能成為熱門話題。太空中的太陽能資源不僅豐富且穩定，不受地球天氣和季節變化的影響，能夠全年無阻地提供高效能的電力，為AI運算提供穩定的能源保障。
相比地面太陽能發電場，太空中的太陽能陣列效率更高，容量因子可達95%，是地球表面的五倍以上。這意味著在太空中建立的數據中心能夠持續、不間斷地獲取高效能的電力，大幅減少電力供應的不確定性。此外，太空環境中的極低溫度（約-270°C）天然適合散熱，運算產生的熱量能夠迅速無害地散逸，避免了地面數據中心因高密度運算導致的過熱問題，顯著提升數據中心的運行效率和設備壽命。
另一大優勢是太空數據中心不需要佔用地球上的寶貴土地資源，也不需要大量用水進行冷卻，這不僅減少了對自然資源的依賴，還有助於降低數據中心的環境足跡。隨著AI應用的不斷成長，數據處理需求也在不斷提升，太空數據中心能夠通過增加衛星模組來快速擴展運算能力，不受地球土地規劃和基礎設施限制。此外，太空數據中心利用零碳排放的太陽能進行運算，有助於實現全球碳中和目標，推動綠色能源技術的應用與發展，顯著減少對環境的負面影響。
然而，將數據中心部署到太空中也面臨著高昂的初始成本和多重技術挑戰。每顆衛星的發射成本約為500萬美元，建造完整的太空數據中心可能需要數十億美元的資金投入。此外，能源儲存與供應、散熱設計、輻射防護、數據傳輸瓶頸以及維護成本高等問題，仍需通過技術創新和持續研發來解決。儘管如此，隨著太空技術的不斷進步和發射成本的逐步降低，太空AI數據中心有望成為未來AI基礎設施的重要組成部分。
冰島與英國攜手打造太空太陽能電廠
冰島公司Transition Labs與英國科技公司太空太陽能（Space Solar）合作的太空太陽能電廠計畫，預計將在2030年開始向冰島輸送來自太空的太陽能，開啟能源新紀元。這一計畫旨在於太空大氣層外建造一座太陽能電廠，並通過短波無線電波將截取到的太陽能傳送回地球。由冰島的雷克雅維克能源公司（Reykjavik Energy）負責接收並轉換利用，初期發電量約為30兆瓦，足以供應約1,500至3,000戶家庭使用。
2024年11月11日，英國太空太陽能公司與冰島的雷克雅維克能源公司正式簽署協議，開始共同研發太空太陽能電力傳輸技術。Transition Labs執行長歐拉夫森（Kjartan Örn Ólafsson）表示，從外太空汲取太陽能具有多項優勢。首先，太空中的太陽能不受地球大氣層阻隔，能量更高且不受天氣與日照時間的影響，能夠全年無阻、24小時穩定截取強力能源，補足地球上其他能源的不足。其次，太空太陽能電廠在運行過程中不會產生任何碳排放，雖然在將設備發射到太空的過程中會產生少量碳排放，但通過SpaceX的「可重複使用」火箭科技，碳足跡得以最小化。
鈣鈦礦太陽能電池在太空中的優勢
鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其材料特性和卓越性能，被認為是最適合太空應用的技術之一。其主要優勢包括：
高效輕量化: 鈣鈦礦材料具有極高的光吸收效率，僅需極薄的層即可實現與矽基電池相媲美的光電轉換效率，目前已達25%以上。此外，鈣鈦礦電池的製作工藝允許其製成輕薄且柔性的結構，這對於重量敏感的太空應用尤為重要，顯著減輕衛星和其他太空設備的負載。
耐輻射與自我修復能力: 在太空中，宇宙射線和高能粒子輻射是主要挑戰。研究顯示，鈣鈦礦電池對質子和電子輻射的耐受性遠高於矽基或砷化鎵（GaAs）電池。即使在受到輻射損傷後，透過熱真空退火處理，鈣鈦礦電池的效率可恢復至100%，展現出優異的自我修復能力，這大大提升了其在惡劣太空環境中的可靠性。
適應真空與極端溫差: 太空中的高真空環境對傳統太陽能電池可能造成劣化，但對於鈣鈦礦電池來說，缺乏水氣和氧氣反而提供了更穩定的運行環境。此外，鈣鈦礦材料的組成可調整，以適應從-270°C到高溫的極端溫差，確保在各種環境下穩定運行，滿足長期太空任務的需求。
低成本製造: 鈣鈦礦材料來源廣泛且製程簡單，成本遠低於傳統矽基技術。其可採用印刷技術製作大面積薄膜，進一步降低生產成本並提升商業化潛力，為大規模應用奠定基礎，推動太空能源技術的普及與發展。
長期穩定性改進: 儘管早期鈣鈦礦電池易受水氣、氧氣和紫外線影響，但隨著封裝技術和材料設計的進步，其穩定性已大幅提升。採用特殊防水材料或多層結構設計，可有效延長壽命並提高可靠性，適應長期的太空任務需求。
全球主要參與者及其進展
多個國家和機構正在積極發展鈣鈦礦太陽能電池，以作為太空能源系統的核心技術。以下是幾個主要參與者及其最新進展：
Lumen Orbit: 總部位於美國的Lumen Orbit計畫於2025年發射首批衛星，打造千兆瓦等級的AI運算網絡。其創新之處在於結合高效太陽能電池與衛星設計，以提升能源供應的穩定性。Lumen Orbit計畫旨在利用高效太陽能電池，為地球上的AI服務提供持續且穩定的能源支持，推動AI技術的進一步發展。
歐盟ASCEND計畫: 歐盟的ASCEND計畫（Advanced Space Cloud for European Net zero emission and Data sovereignty）是一項由歐盟執行委員會委託的可行性研究，旨在探索將資料中心移至太空軌道的技術與環境可行性，以減少地面資料中心對能源和環境的影響，並推動歐洲在數字與太空領域的發展, 該計畫預計在2036年前部署13座太空資料中心，並於2050年實現1,300座規模。ASCEND計畫強調技術創新與跨國合作，整合歐洲各國的科研資源，推動太空能源系統的發展，並確保其在全球科技競爭中的領先地位。
NASA與其他科技巨頭: NASA已完成多次實驗，證明鈣鈦礦電池在國際太空站上的良好表現，展示了其在真空和極端溫差環境中的穩定性與高效能。微軟、Google等企業也積極投入相關研發，通過資金支持和技術合作，推動鈣鈦礦太陽能電池的應用。Axiom Space計畫在其第一個太空艙上建立軌道資料中心，與亞馬遜Kepler Space和Skyloom合作，預計於2026-2027年發射。SpaceX則可能在發射支持方面發揮重要作用，為這些計畫提供必要的運載火箭和發射服務，確保太空AI資料中心的順利部署與運行。
未來展望
儘管面臨高昂成本與技術挑戰，但隨著發射成本的逐步降低、技術的不斷進步以及對綠色能源需求的增加，太空AI資料中心有望成為未來AI基礎設施的重要組成部分。預計在2025年後，將有更多資金投入該領域，多家企業將進行試驗性部署。如果成功，太空資料中心不僅能緩解地球上的能源壓力，還能開啟全新的商業模式與產業機會，推動全球科技與經濟的進一步發展。
鈣鈦礦太陽能電池的高效能、輕量化及耐輻射特性，使其成為支撐太空資料中心運行的理想能源解決方案。隨著技術的進一步成熟和應用範圍的擴展，鈣鈦礦太陽能電池有望在未來成為下一代太陽能供應系統的核心，為人類的太空探索和AI發展提供強有力的能源支持。
參考文獻
近期熱門文章
Comments