行業(yè)研究系列商業(yè)航天時代來臨，開啟下一代計算范式的蒼穹革命關(guān)于深企投產(chǎn)業(yè)研究院研究院提供產(chǎn)業(yè)情報、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、企業(yè)投標(biāo)的盡職調(diào)查等服務(wù)，減少投資過程中的信息不對第一篇太空算力概述 2 5 5 7 8 9 9 9 10 2、我國商業(yè)航天企業(yè)加快追趕，可重復(fù)使用火箭實驗密集 19I第二篇中美太空算力布局進展 24 25 25 27 28 28 29 第三篇發(fā)展瓶頸與突破路徑 34 35 36 37 與此同時，AI技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展正推動全球算力需求與投資規(guī)模急速攀升。然而，傳統(tǒng)地面數(shù)據(jù)中心的擴張已難以跟上AI時代的特別是將發(fā)射成本降至約200美元/公斤的關(guān)鍵閾值，太空算力的大規(guī)模商業(yè)化將真正成為可能。依托以SpaceX為代表的商業(yè)航天企業(yè)一、太空算力概念太空算力（Space-basedComputing）是一種將高性能計算、人2太空算力是一個被產(chǎn)業(yè)廣泛接受并積極推動的技術(shù)愿景和產(chǎn)業(yè)AI芯片、存儲設(shè)備等計算資源，再由多顆計算衛(wèi)星組網(wǎng)形成太空計算星座，從而構(gòu)建分布式的軌道數(shù)據(jù)中心，以提供強大的太空算3施形態(tài)。太空算力的雛形可追溯至20世紀(jì)末的航天測控與衛(wèi)星數(shù)據(jù)4二、太空算力的技術(shù)內(nèi)涵與架構(gòu)（一）核心范式改變：從天感地算到天數(shù)天算、天地一體協(xié)同計算數(shù)據(jù)，而地球觀測等衛(wèi)星產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量已達PB級。然而，現(xiàn)有先采點識別AI模型，衛(wèi)星可在數(shù)秒內(nèi)完成火情初判并觸發(fā)告警，實現(xiàn)感5在軌衛(wèi)星/軌道數(shù)據(jù)高價值信息/處理結(jié)6（二）技術(shù)功能層級：從邊緣到云網(wǎng)為應(yīng)急響應(yīng)、環(huán)境監(jiān)測和軍事偵察等時效敏或射頻通信鏈路與統(tǒng)一的分布式計算框架，在軌構(gòu)建具備彈性伸縮、7（三）系統(tǒng)核心構(gòu)成：應(yīng)對極端環(huán)境的四大支柱成，需集成抗輻射加固的高性能CPU、GPU及專用AI加速芯片。該模個部分組成。太陽能電池陣在晨昏軌道等特定軌道，可近乎實現(xiàn)24外輻射形式排向深空，徹底擺脫了對水冷系統(tǒng)的依賴。8率等優(yōu)勢，當(dāng)前單鏈路傳輸速率已達到100-400Gbps，有望為未來三、太空算力的發(fā)展背景（一）全球算力需求及投資超預(yù)期上漲AI技術(shù)迭代加速，全球算力需求呈現(xiàn)持續(xù)上漲趨勢。根據(jù)華為需求十年百倍的增長將成為常態(tài)。根據(jù)《中國綜合算力指數(shù)報告壓力。2024年，美國微軟、谷歌、Meta和亞馬遜四大科技巨頭在AI施問題，而是決定AI能否持續(xù)發(fā)展與規(guī)?；涞氐暮诵囊?。美國科技巨頭發(fā)起的全球數(shù)據(jù)中心建設(shè)浪潮，已將“電力優(yōu)先（PowerFirst）”確立為戰(zhàn)略共識——穩(wěn)定的電力保障被視為訓(xùn)練更強（二）傳統(tǒng)地面數(shù)據(jù)中心擴張難以匹配AI時代的算力9其擴張速度已難以匹配AI時代指數(shù)級增長的算力需求，具體如下：1、地面數(shù)據(jù)中心耗電規(guī)模持續(xù)擴大，地面電網(wǎng)容量供給失衡），球總用電量的4.4%。根據(jù)麥肯錫預(yù)測，到2030年全球數(shù)據(jù)中心用電更為激進，認(rèn)為到2030年，單個AI訓(xùn)練任務(wù)的電力需求可能高達8），電耗將占到全國電耗的2.4%，一些節(jié)點城市和區(qū)域占比超過20%；到撰寫的報告，數(shù)據(jù)中心用電量從2014年的58TWh上升到2023年的消費的11.7%。根據(jù)國際能源署預(yù)測，到2030年美國數(shù)據(jù)中心用電AI驅(qū)動的電力需求激增與地面電網(wǎng)容量供給之間存在失衡。根據(jù)國際能源署分析，電網(wǎng)容量限制可能致使全球約20%計劃于2030年前投建的數(shù)據(jù)中心容量遭遇延遲，進而導(dǎo)致部分AIDC無法按期投核電）建設(shè)周期普遍偏長，無法匹配當(dāng)前AI的快速需求；而建設(shè)速碳環(huán)保三方面的要求，使得能源供應(yīng)和AI對電力的需求出現(xiàn)明顯脫等核心樞紐），與可再生能源及穩(wěn)定電源的地理分布存在顯著錯配，電機作為臨時替代方案。在此背景下，2025年1月，特朗普政府宣授權(quán)，旨在加速能源基礎(chǔ)設(shè)施審批以應(yīng)對AI負(fù)載激增。2、散熱能耗、水資源消耗與土地規(guī)模需求龐大功耗密度攀升倒逼散熱技術(shù)代際切換。在AI大模型訓(xùn)練以及推型直接推高資本開支，液冷系統(tǒng)初始投資較風(fēng)冷增加30%-50%，同時心總能耗30%-40%，在超大規(guī)模AI集群中甚至可達45%以上。與此同于AI訓(xùn)練集群規(guī)模呈指數(shù)級擴張，一個萬卡GPU集群的總算力可能根據(jù)美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究預(yù)測，到2028年，全Meta為例，其部分?jǐn)?shù)據(jù)中心日最高用水量高達600萬加侖，甚至超過所在郡的居民日用水總量。測算顯示，一個40兆瓦（MW）規(guī)模的數(shù)據(jù)中心集群在其10年運營周期內(nèi)，冷卻系統(tǒng)累計耗水量可達170于世界衛(wèi)生組織建議的人均日常飲用水基本需求（約2-3升）。數(shù)據(jù)中心對能源及水資源的大量消耗引發(fā)了美國當(dāng)?shù)鼐用竦膹姡ㄈ┨账懔邆溟L期運營成本優(yōu)勢優(yōu)勢一：取之不盡、邊際成本趨零的能源優(yōu)勢低，例如美國平均約24%，北歐溫帶地區(qū)可能低于10%。而部署在特定軌道（如晨昏太陽同步軌道）的太空太陽能陣列，可實現(xiàn)近乎24小時不間斷光照，容量因子可超過95%。綜合來看，同等規(guī)模的太陽優(yōu)勢二：利用宇宙深冷的零水耗散熱優(yōu)勢以紅外輻射形式直接散發(fā)到背景溫度約為-270℃（3K）的宇宙深空），運營成本為0.97億美元，如下表所示。 ——（四）商業(yè)航天技術(shù)進步，發(fā)射成本將進入可負(fù)擔(dān)區(qū)間發(fā)射與運載能力瓶頸是太空算力從藍圖走向現(xiàn)實必須跨越的第性，一個關(guān)鍵的盈虧平衡點在于將發(fā)射成本降至約200美元/公斤。當(dāng)前，高昂的發(fā)射成本使得經(jīng)濟可行性存疑，SpaceX對外商業(yè)報價在3000美元/公斤左右，國內(nèi)則達到8萬元/公斤。同時，當(dāng)前有限本遠高于SpaceX，發(fā)射頻次與運力差距極大，成為太空算力商業(yè)化1、SpaceX引領(lǐng)全球商業(yè)航天發(fā)展，發(fā)射成本快速下降任務(wù)，將29顆星鏈衛(wèi)星送入低地球軌道，本次一級助推整流罩復(fù)用次數(shù)最高達30余次。獵鷹9號的全新火箭成本約翻修等相關(guān)費用。根據(jù)測算，當(dāng)復(fù)用次數(shù)10次以上時，獵鷹9號的性火箭（約1.85萬美元/公斤）降低了約一個數(shù)量級，而重型獵鷹（FalconHeavy）的發(fā)射成本進一步降至1400-1500美元/公斤。SpaceX下一代星艦（Starship）的目標(biāo)是進一步將發(fā)射成本降至每以下，為太空算力商業(yè)化鋪平道路。根據(jù)谷歌內(nèi)部模型的測算，以Starlinkv2Mini衛(wèi)星為參照，在200美元/公斤的發(fā)射成本假設(shè)下，太空部署AI算力的“能源等效成本”將首次具備經(jīng)濟優(yōu)勢，甚至全面低于地面數(shù)據(jù)中心。值得注意的是，SpaceX歷史上展現(xiàn)出極強的元/公斤的發(fā)射成本有望在2030-2035年間達成，從而為太空算力的2、我國商業(yè)航天企業(yè)加快追趕，可重復(fù)使用火箭實驗密集發(fā)射當(dāng)前我國商業(yè)航天衛(wèi)星發(fā)射成本遠高于SpaceX。根據(jù)《科創(chuàng)板的衛(wèi)星，發(fā)射費用最高可能達到7500萬元。根據(jù)相關(guān)報道，次發(fā)射，這在時間和經(jīng)濟上都是巨大挑戰(zhàn)，因此需要大力發(fā)展如SpaceX星艦這類重型、超大運力火箭，而目前中美在重型火箭的現(xiàn)役運力上仍存在數(shù)量級差距（約4-6倍直接制約了單次發(fā)射的載63.8噸，在研的星艦?zāi)繕?biāo)運力為100-250噸。與之相比，國內(nèi)現(xiàn)役朱雀三號）也僅約20噸。中國重型運載火箭長征用構(gòu)型預(yù)計在2030年首飛，而兩級完全重復(fù)使用構(gòu)型則計劃），美國總軌道發(fā)射次數(shù)的85%，其中123入太空的總質(zhì)量。而我國國家隊中國航天全年完成73次發(fā)射任務(wù)，星艦5次噸長征系列69次、3653次11破，是我國商業(yè)航天企業(yè)追趕SpaceX的關(guān)行者一號、千億航天的宇宙獵人號、深藍航天的星云一號。2025年12月，朱雀三號、長征十二號甲相繼進行回收實驗首飛，均實現(xiàn)二一、美國太空算力研發(fā)布局進展天和科技產(chǎn)業(yè)生態(tài)的差異化發(fā)展路徑。SpaceX、Starcloud、谷歌、（一）SpaceXSpaceX憑借其可復(fù)用火箭能力和星鏈（Starlink）低軌星座，建衛(wèi)星平臺——火箭發(fā)射——星座組網(wǎng)——算力服務(wù)的太空算力生吉瓦左右，在地球上建設(shè)如此規(guī)模的電廠來支持AI是不可能的，因此唯一的出路在于太空。11月4日，馬斯克表示將擴大星鏈V3衛(wèi)星（二）亞馬遜亞馬遜依托其全球領(lǐng)先的云計算業(yè)務(wù)（AWS）進行戰(zhàn)略延伸，并通過與藍色起源公司協(xié)同，有望形成類似SpaceX的太空算年獲批，一期規(guī)模為3232顆衛(wèi)星，借助創(chuàng)始人貝索斯旗下的商業(yè)航色起源完成6次發(fā)射任務(wù)，入軌衛(wèi)星總數(shù)達11月14日成功實現(xiàn)一子級火箭海上垂直著陸回收，成為繼SpaceX柯伊伯星座計劃改名為“亞馬遜Leo”，明確其核通過星間激光通信完成大規(guī)模太空算力部署，加速太空數(shù)據(jù)中心與（三）StarCloud的獵鷹9號火箭，成功發(fā)射其首顆試驗衛(wèi)星Starcloud-1，將首個搭載H100芯片的太空AI服務(wù)器送入軌道，展開為期三年的測試任務(wù)。（SAR）地球觀測衛(wèi)星群的數(shù)據(jù)，實時處理這些數(shù)據(jù)，并將信息傳回Starcloud-2任務(wù)計劃于2026年發(fā)射，將搭載英偉達新一代BlackwellGPU和多個H100，提供7KW計算能力，并開始為地球衛(wèi)星運營商和美國國防部等客戶提供商業(yè)服務(wù)。2027年將發(fā)射一顆遠期構(gòu)想是建設(shè)由4平方公里太陽能電池陣供電的5GW“太空超級算（四）英偉達進行技術(shù)驗證其商用AI芯片在太空艙經(jīng)營應(yīng)用的可能性。2020年，在地面測試驗證英偉達商用GPU（如Jetson系列）在太空輻射環(huán)境下的長期穩(wěn)定運行能力，為未來在軌應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2021年起，其Jetson邊緣計算平臺被用于國際空間站及多顆商業(yè)衛(wèi)星，開展在軌圖像推理、降噪、分類等邊緣AI任務(wù)，實現(xiàn)商業(yè)化落地。2025年，（五）谷歌谷歌的布局是其核心云計算與AI軟件生態(tài)向軌道空間的延伸。絡(luò)的可行性。項目長期構(gòu)想是構(gòu)建一個由81顆衛(wèi)星組成的分布式AI公里半徑內(nèi)）的方式協(xié)同工作，通過自由空間光通信（FSO）實現(xiàn)高為太空需要昂貴的抗輻射加固芯片，但這會犧牲算力性能。谷歌的TrilliumTPU在67MeV質(zhì)子束下的輻射測試結(jié)果，表明在適當(dāng)屏蔽二、中國太空算力研發(fā)布局進展2019年起，我國科研機構(gòu)開始探索太空智能計算，主要機構(gòu)包辰未來空間技術(shù)研究院牽頭的晨昏軌道GW太空數(shù)據(jù)中心三個太空算（一）中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所2023年率先實現(xiàn)了100TOPS級星載算力，采用全體系國產(chǎn)化核心元北京智源人工智能研究院、武漢大學(xué)，研制出天基大模型JigonGPT，通過12輪次的地面站與衛(wèi)星之間的斷續(xù)上傳，在“東方慧眼列，最新星載智能計算機已完成地面驗證，算力達到3000TOPS，為（二）武漢大學(xué)武漢大學(xué)在星載AI領(lǐng)域主要以李德仁院士、王密教授等牽頭，息智能提取和智能高效壓縮等功能。珞珈三號01星最高傳輸速度可達2Gb/分鐘，實現(xiàn)了8分鐘星地互聯(lián)的B2C應(yīng)用服務(wù)。衛(wèi)星在軌可（三）之江實驗室星座建成后算力將達到1000POPS（每秒百億億次浮點運算），成為基AI模型，整合了國星宇航（衛(wèi)星制造）、中電科普天科技（衛(wèi)星通信及微波星地收發(fā)）、氦星光聯(lián)（星地/星間激光通信）、憶芯科技（AI算力芯片）等產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。（四）國星宇航成都國星宇航科技股份有限公司早期接受成都國資基金價值投“星算計劃”，將由2800顆算力衛(wèi)星組網(wǎng)，同時將與地面超過100之江實驗室合作之外，2025年7月國星宇航與無錫梁溪區(qū)政府合作推出“梁溪星座”，作為“星算計劃”的組成部分，建設(shè)一個由12顆智算衛(wèi)星組成的太空算力星座，所有衛(wèi)星均采用3D打印增材制造技術(shù)，完成組網(wǎng)后，星座總算力不低于20POPS。“梁溪星座”由無（六）北京郵電大學(xué)2021年，北京郵電大學(xué)與長沙天儀空間科技股份有限公司合作（七）北京星辰未來空間技術(shù)研究院過千兆瓦（GW）功率的集中式大型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，以實現(xiàn)將大規(guī)模AI算力搬上太空。同時，由北京市科委、中關(guān)村管委會指導(dǎo)，北京星辰未來空間技術(shù)研究院及北京軌道辰光科技有限公司牽頭，聯(lián)合24家單位成立“太空數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新聯(lián)合體”。北京星辰未來空間技司，作為太空AI星座運營商。數(shù)據(jù)中心建設(shè)分為三個階段：2025年至2027年，突破能源與散熱等關(guān)鍵技術(shù)，迭代研制試驗星，建設(shè)一低建設(shè)與運營成本，建設(shè)二期算力星座；2031年至2035年，衛(wèi)星大規(guī)模批量生產(chǎn)并組網(wǎng)發(fā)射，在軌對接建成大規(guī)模太空數(shù)一、太空發(fā)電與高效能源系統(tǒng)挑戰(zhàn)重量占比可達20-30%，其核心為太陽能電池。為最大限度降低發(fā)射成本，必須在有限的發(fā)射質(zhì)量內(nèi)獲取最大發(fā)電功率，即追求極高多結(jié)砷化鎵（GaAs）電池，其在太空標(biāo)準(zhǔn)光照條件（AM0）下的轉(zhuǎn)換效率超過30%，抗輻射能力強，壽命可達20年，但其需要使用鎵、上萬顆衛(wèi)星的大規(guī)模星座部署。短期內(nèi)，硅基異質(zhì)結(jié)（HJT）電池被1/6至1/3，且已有研究表明其具有優(yōu)異的抗輻射能力，超薄97%以上初始性能，其低溫制備工藝易于制成柔性薄片，與新一代卷術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。不過，鈣鈦礦/晶硅疊層電池在太空極端環(huán)為支撐GW級算力中心，未來需要部署平方公里級的超大型太陽在軌組裝（AIO）的技術(shù)難度與成本呈非線性躍升，遠超線性增長關(guān)二、高可靠材料與元器件挑戰(zhàn)裂，導(dǎo)致電氣連接失效,具體壽命取決于封裝類型與溫變范圍；密封太陽高能粒子以及輻射帶俘獲粒子，持續(xù)轟擊著軌道上的航天器。即使在有10mm鋁當(dāng)量屏蔽的低地球軌道（LEO電子器件每年承受的輻射劑量仍可達約150rad（Si在5年任務(wù)周期內(nèi)累積劑量達750rad（Si）。長期輻射累積會導(dǎo)致半導(dǎo)體器件（如MOSFET）的柵氧化層產(chǎn)生電荷陷阱，引起閾值電壓漂移、漏電流增加、驅(qū)動能力下降，最終功能退化。更具突發(fā)性威脅的是單粒子效應(yīng)（SEE），單個高能重離子或質(zhì)子穿透芯片敏感節(jié)點，可能造成存儲單元位翻轉(zhuǎn)（SEU）、電路閂鎖（SEL）或信號瞬態(tài)（SET），在AI推理等高并發(fā)計算過程中引發(fā)數(shù)據(jù)錯誤甚至系統(tǒng)崩潰。為應(yīng)對輻射挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)航天任務(wù)普遍采用抗輻射加固芯片，或通過工藝/設(shè)計手段提升器件耐受性。近年來，部分機構(gòu)在短期、低軌道、非關(guān)鍵任務(wù)中嘗試使用高性能商用AI芯片（如NVIDIAJetson系列），并輔以冗余架構(gòu)、錯誤校正碼三、儲能技術(shù)挑戰(zhàn)通過部署于晨昏太陽同步軌道，太陽能發(fā)電陣列可實現(xiàn)超過95%析出問題，其本征安全性顯著高于液態(tài)體系。NASA已將全固態(tài)電池進程加速，預(yù)計2030年后固態(tài)電池有望為太空算力的儲能系統(tǒng)提供四、熱管理技術(shù)挑戰(zhàn)對流與傳導(dǎo)，散熱效率完全受限于斯特藩-玻爾茲曼定律，即輻射功度在軌計算節(jié)點（如用于AI推理或科學(xué)模擬）單星功耗可能達數(shù)十至數(shù)百KW，甚至未來星座級系統(tǒng)向兆瓦（MW