Коли дата-центри в космосі стануть реальністю

Штучний інтелект, доступний практично кожному на Землі, значно трансформував сферу обчислювальних послуг. Потужності наявних дата-центрів не вистачає, тоді як вони уже потребують близько 1% усієї електроенергії у світі. А до 2030 року їхнє споживання може зрости до 80 ГВт, хоча 2024-го воно становило лише 25 ГВт, за даними McKinsey. У галузі є й інші проблеми. Наприклад, низька ефективність використання енергії (PUE), вуглецевий слід у вигляді викидів СО₂. І навіть негаразди з вибором відповідного майданчика — в одних країнах будівництво дата-центрів суворо регулюється, а в інших немає доступу до потужної енергетичної інфраструктури.

У пошуках альтернативних стійких рішень такі великі гравці, як Google, Amazon, Microsoft і Digital Realty, інвестують у поновлювані джерела енергії, застосовують природне охолодження підземних джерел і ШІ для управління енергоспоживанням. Але в майбутньому можна очікувати більш радикальних методів, до прикладу, будівництва центрів обробки даних у космосі. Сьогодні це видається чимось фантастичним, але хіба не такою ж здавалася колись ідея польоту людини в космос?

Чому виникла ідея будувати дата-центри в космосі

Приватні компанії демократизували доступ у космос, поклали початок новій епосі (New Space) і прискорили процес освоєння космосу людиною. Тепер вони будують ракети, супутники, космічні станції та організовують комерційні перельоти. Велику роль у розвитку космічного туризму зіграла компанія SpaceX, яка практикує повторне використання ракет, що знижує вартість запусків. І те, що раніше коштувало дорого і було привілеєм найбільших національних агентств, тепер можуть реалізувати підприємці та ентузіасти з космічними (у прямому сенсі) амбіціями.

З одного боку, космос став доступнішим. З іншого — його вивчення триває. І важливу роль у цьому відіграють супутники й автономні космічні апарати, що збирають величезні обсяги даних. А ШІ-інструменти допомагають з їхньою фільтрацією й пошуком найцінніших з наукового погляду, перед тим як відправляти на Землю. Але загалом завдання опрацювання, зберігання й транспортування інформації залишається складним і ресурсовитратним, зокрема з огляду на енергоспоживання. Тому перенесення цих операцій у космос могло б зменшити навантаження на канали передачі даних і прискорити реакцію на Землі в критичних ситуаціях. Наприклад, деякі дані важливо отримати в режимі реального часу — коли потрібно оперативно діяти у зв’язку з повінню, що насувається, або виверженням вулкана.

Зростання навантаження, пов’язане зі штучним інтелектом, вимагає не просто більше серверів, а потужніших процесорів, які зараз активно споживають енергію і сильно нагріваються. Наземні майданчики скоро не зможуть задовольнити попит на обчислення, тоді як у космосі є практично необмежений доступ до екологічно чистої сонячної енергії. Розміщені в космосі панелі могли б уловлювати й накопичувати її ще ефективніше, ніж на Землі, забезпечуючи живленням орбітальні дата-центри.

За даними Міжнародної енергетичної асоціації, на наявні дата-центри припадає близько 0,6% світових викидів парникових газів. А в P&S Intelligence підрахували, що третина спожитої дата-центром енергії витрачається на підтримання роботи його системи охолодження. Перегрів обладнання вимагає активного охолодження, яке саме по собі залучає додаткові ресурси. У результаті зростає не тільки загальне енергоспоживання дата-центру, а й збільшуються викиди CO₂ через спалювання викопного палива. Особливо сильно нагріваються нові процесори з підтримкою штучного інтелекту, для яких традиційне повітряне охолодження вже стає неефективним. У Morgan Stanley застерігають, що до 2030 року викиди вуглекислого газу, джерелом яких прямо і побічно будуть дата-центри з енергоспоживанням, що постійно зростає, можуть сягнути 2,5 млрд тонн.

Важливість охолодження в інфраструктурі дата-центру демонструють нещодавні приклади. У липні 2022 року в Лондоні внаслідок рекордної спеки — понад 40°C — відмовили системи охолодження, що призвело до збоїв у роботі дата-центрів Google і Oracle. А через два місяці спека зупинила дата-центр Twitter у Сакраменто. Ці інциденти демонструють, наскільки вразливими можуть бути традиційні інфраструктури перед екстремальними кліматичними умовами.

Багато великих операторів уже взяли курс на декарбонізацію. Але їхні зусилля, ймовірно, будуть компенсовані стрімким зростанням кількості навантажень, пов’язаних зі штучним інтелектом, і навіть перехід на зелену енергетику може не встигнути за збільшенням обчислювальних потреб. Тому корпорації уже шукають нові майданчики для будівництва дата-центрів та альтернативні джерела енергії. Розміщення обчислювальних потужностей у космосі може допомогти розв’язати цю проблему. Дата-центри отримають доступ до постійного джерела енергії, а їхній негативний вплив на атмосферу Землі зменшиться завдяки тому, що енергоємні процеси винесуть за межі планети.

Але є й інші переваги. Низькі температури та здатність ефективно розсіювати тепло у вакуумі допоможуть вирішити гостру проблему охолодження серверів. А надсилання даних лазерними лініями передачі видається безпечнішим, ніж підводними оптоволоконними кабелями. Як засвідчили нещодавні події, глибинне прокладання кабелів не захищає їх від диверсій: перерізані в Червоному морі чотири кабелі (інцидент трапився в січні 2025 року) вплинули на 25% трафіку в Африці, Азії і на Близькому Сході.

Як може бути реалізований дата-центр у космосі?

Орбітальні дата-центри, ймовірно, будуть із потужним обладнанням, включно з DPU (спеціальні процесори для оброблення даних), пристроями для розгортання мереж і графічними картами, що добре зарекомендували себе в завданнях штучного інтелекту, машинного навчання, аналітики та прогнозування. Апаратні компоненти можуть розміщуватися в окремому модулі, прикріпленому до супутника, а живлення забезпечать батареї, що акумулюють енергію сонячного світла.

Нещодавно в Європейському космічному агентстві описали три можливі сценарії реалізації дата-центрів у космосі. У першому два супутники розміщують на одній орбіті — один збирає дані, а другий їх обробляє, тобто виконує функцію дата-центру. Це дасть змогу обійтися без надсилання даних на Землю, як це відбувається зараз у більшості випадків.

У другому сценарії теж залучені два супутники: один розташовується на низькій навколоземній орбіті, а другий — на геостаціонарній. Через технічні особливості перший не може безперервно передавати дані на Землю, тому це робить другий, геостаціонарний, але після попередньої обробки даних. У такий спосіб забезпечується постійний і стабільний зв’язок, навіть якщо спостережний супутник переміщується дуже швидко і виходить із зони видимості наземних станцій.

Третій сценарій передбачає, що функцію космічного дата-центру виконуватиме місячний посадковий модуль. Йому належить обробляти дані, передані марсоходами і місячними роверами, які автономно досліджують поверхні небесних тіл.

Передавати дані в космос у режимі онлайн — завдання, яке ще треба вирішити

Постійне надсилання даних із космічного дата-центру на Землю й назад може стати серйозною проблемою. Наразі забезпечувати передачу даних у режимі реального часу найліпше виходить у геостаціонарних і ретрансляційних супутників. Але як їм це робити якнайкраще, щоб уникнути втрат і забезпечити прийнятну швидкість під час роботи з орбітальним обчислювальним центром, — ще належить з’ясувати.

Найреалістичнішою видається ідея скористатися лазерними системами зв’язку для супутникових мереж (Laser Communications Relay Demonstration, LCRD), які вже тестують NASA і кілька приватних компаній. Відправку і прийом даних здійснюють невидимі інфрачервоні лазери, завдяки яким стандартна пропускна спроможність зростає в 10-100 разів, порівняно з традиційними радіочастотними системами. Також система лазерного зв’язку має меншу вагу і вимоги до живлення, а знижена потужність означає економнішу витрату заряду батарей. Першим користувачем LCRD став термінал ILLUMA-T, у вигляді корисного навантаження розміщений на МКС. Він генерував наукові дані високої роздільної здатності та передавав їх на наземну станцію. Через кілька експериментальних операцій вдалося досягти вражаючої швидкості передачі — 200 Гбіт/с!

Не тільки NASA, компанія Google також бачить великі перспективи в транспортуванні космічних даних за допомогою лазерної інтернет-мережі. Її IT-корпорація збирається побудувати в межах проєкту Taara, щоб забезпечити зв’язком віддалені регіони. Але з огляду на те, що зараз у компанії уже понад сотню наземних дата-центрів, її амбіції легко можуть поширитися і на космічний простір.

Перші дата-центри в космосі: майбутнє наближається

У лютому 2025 року компанія Lonestar Data Holdings відправила на Місяць систему зберігання даних, розміщену в корпусі розміром із коробку для взуття. Корисне навантаження у вигляді центру обробки даних Freedom прибуло на природний супутник Землі на борту посадкового модуля Athena компанії Intuitive Machines. Президент Lonestar Стів Ейзель вважає, що, “зрештою, Місяць може бути найбезпечнішим місцем, де можливо зберігати резервну копію своїх даних”. За його словами, в таке сховище не проникнути третім особам, його складно зламати програмним способом, до того ж воно захищене від стихійних лих, відключень електроенергії і військових дій.

Система Lonestar отримала 8 Тб пам’яті, а заряду її батарей вистачить на кілька тижнів, перш ніж настане місячна ніч, температура різко впаде, а сонячна енергія вичерпається. Однак навіть цього достатньо для перевірки життєздатності ідеї завантаження і вивантаження даних, а також роботи протоколів безпечної їх передачі на Місяці. У 2027 році Lonestar планує запустити ще одну комерційну систему зберігання даних і розташувати її за 65 000 км від Місяця. Вона обслуговуватиме одне із супутникових угруповань та отримає постійний доступ до зібраних нею даних.

Інша компанія, Axiom Space, відома своїми короткими комерційними місіями на МКС, збирається розмістити на станції прототип сервера. До кінця поточного року вона хоче вивести на орбіту два дата-центри, які оброблятимуть дані супутникової оптичної мережі Kepler Communications. Їх уже використовують в оборонних цілях, для забезпечення місій у космос і спостереження за Землею. А до 2027 року Axiom Space має намір розгорнути обчислювальний вузол на борту власного модуля. Очікується, що її орбітальний обчислювальний центр збиратиме й оброблятиме дані від кількох супутників у режимі реального часу, та аналізуватиме їх за допомогою штучного інтелекту.

На думку Джейсона Аспіотіса, директора з космічних даних і безпеки в Axiom, у центрів оброблення даних у космосі будуть різні варіанти використання, що особливо важливо і для національної безпеки, і для наукових застосувань. Також, за його словами, обчислювальні потужності в космосі допоможуть скоротити витрати космічних агентств і окремих компаній, адже їм не доведеться сплачувати за передачу великих масивів даних на Землю.

Аналогічно ставку на обробку даних у космосі робить Starcloud (раніше відома як Lumen Orbit), яка займається розробкою та розгортанням орбітальних дата-центрів. Серед її амбітних планів — будівництво мережі дата-центрів у космосі та подальше масштабування їхньої потужності до кількох гігават. У Starcloud вважають, що саме так людство задовольнить потребу в обчисленнях, що зростає через необхідність навчати великі моделі штучного інтелекту — такі як GPT-6. А поки Starcloud співпрацює з NVIDIA, і за підтримки цього вендора збирається запустити в космос перший демонстраційний супутник із графічними процесорами, потужність яких у сто разів перевершує чипи, що використовувалися для цього раніше. Місія намічена на липень 2025 року.

Виклики та обмеження

Для стабільної роботи в умовах космосу дата-центри мають відповідати низці специфічних вимог, отримувати достатньо сонячної енергії для живлення та бути економічно вигідними. Тобто з їхнім розгортанням і експлуатацією теж є труднощі, та характер цих проблем відрізняється від тих, що виникають на Землі.

Сонячна енергія в космосі безкоштовна і завжди доступна, але ще немає успішних прикладів її використання для енергопостачання інфраструктури, навіть якщо йдеться про невеликі дата-центри. Їхній роботі можуть загрожувати протисупутникові ракети та ядерні вибухи, а найбільшою мірою — космічне сміття, обсяги якого зростають експоненціально. Від нього не завжди можна захиститися або ухилитися навіть за допомогою спеціальних конструкцій. Аналогічна ситуація із сонячними частинками, здатними пошкодити чутливу електроніку. Щоб не допустити цього, в Axiom планують використовувати військове обладнання, адаптоване для роботи в екстремальних умовах. А в Lonestar — захищати своє обладнання від сонячної радіації, розміщуючи дата-центри в лавових трубках під поверхнею Місяця.

Навіть якщо космічні дата-центри розташовуються на низькій навколоземній орбіті (LEO), її доведеться постійно коригувати. Усе внаслідок атмосферного гальмування та гравітаційних збурень, через які космічний апарат плавно знижуватиметься. Щоб утриматися на заданій орбіті, традиційні ракетні двигуни (це вони відповідають за маневри і, відповідно, корекцію орбіти) споживають багато пального, а це дорого і помітно збільшує вагу космічного апарата. Виходом може стати перехід на електричні двигуни, робота яких заснована на ефекті Голла. Вони з мінімальними витратами надають двигуну кінетичне прискорення, достатнє для орбітальних маневрів і підтримки орбіти.

Такі двигуни вже проєктує і виробляє SETS (Space Electric Thruster Systems), яка входить до групи компаній Noosphere, заснованої Максом Поляковим. Ці розробки додатково вирішують низку інших завдань: зменшують вагу космічного апарата, скорочують кількість сміття завдяки уникненню зіткнень і знижують вартість запусків. При цьому SETS індивідуально налаштовує рушійні системи для кожної місії, тобто потенційно їх можна використовувати для підтримки орбіти супутників, які як корисне навантаження несуть космічні дата-центри.

Попри серйозні виклики й обмеження, зацікавленість у виносі обчислювальних потужностей за межі Землі неухильно зростає. На думку Доменіко Вічінанца, доцента Університету Англії Раскіна, повноцінне переміщення дата-центрів у космос все ще можна порівняти з польотом людини на Місяць. Загалом складні умови на орбіті незмінно викликають побоювання в тому, що стосується стабільної роботи таких об’єктів. Однак є й приводи для оптимізму: вже сьогодні приватні компанії та наукові інститути працюють над технологіями, здатними зробити космічні дата-центри звичним явищем у найближчі кілька років.