Серверная над Землёй: зачем центры обработки данных для ИИ выводят на орбиту

Фото: Shutterstock

Для работы нейросетей, которые развиваются с космической скоростью, требуются центры обработки данных — тысячи серверов для вычислений, работу которых поддерживают системы электропитания и охлаждения. Чем сложнее становятся модели искусственного интеллекта, тем больше места и ресурсов требуется такой инфраструктуре. 

Технологические компании уже ищут площадки для новых вычислительных мощностей не только на Земле, но и за её пределами. В августе 2026 года SpaceX и Nvidia сообщили о планах создать вычислительные спутники для работы с искусственным интеллектом. Первый демонстрационный аппарат Starmind AI1 предполагается запустить в четвёртом квартале 2027 года, а в 2028-м компания рассчитывает приступить к развёртыванию системы. Что космический ЦОД сможет дать искусственному интеллекту и какие задачи предстоит решить его создателям, объяснил руководитель проектов Центра космических технологий Московского авиационного института Никита Матасов.

Что именно SpaceX собирается вывести на орбиту?

Центр обработки данных, или ЦОД, обычно представляет собой комплекс из множества связанных серверов. Внутри каждого находятся центральные процессоры, которые управляют работой системы, и графические процессоры — GPU. Изначально GPU создавали для построения изображения в компьютерных играх, но оказалось, что они хорошо выполняют огромное количество однотипных операций одновременно и могут распознавать изображения, переводить тексты или отвечать на вопросы.

В проекте SpaceX роль отдельных серверных стоек должны выполнять спутники. Nvidia намерена адаптировать для них вычислительную платформу Vera Rubin: центральный процессор Vera будет распределять задачи и управлять потоками данных, а графические процессоры Rubin — выполнять основную часть расчётов искусственного интеллекта. Аппараты предполагается объединить высокоскоростными каналами связи. В результате получится распределённый ЦОД: его оборудование будет находиться не в одном здании, а на множестве спутников, совместно выполняющих вычислительную задачу.

— Центр обработки данных в космосе — это специальный спутник или целая группа спутников, которые находятся на орбите Земли и собирают все данные, которые посылают, например, наши компьютеры и гаджеты. Это космический сервер, который помогает нам пользоваться облачными сервисами или онлайн сервисами, — говорит Никита Матасов.

Такой принцип уже используется в спутниковой связи: например, аппараты Starlink передают информацию друг другу, формируя орбитальную сеть. Но вычислительный спутник значительно сложнее обычного ретранслятора, то есть аппарата, который главным образом принимает и пересылает сигнал. Мощные процессоры потребляют много энергии и выделяют много тепла, поэтому простого добавления компьютерной платы к существующему спутнику недостаточно. Фактически разработчикам предстоит заново согласовать между собой вычислительную часть, систему электропитания, охлаждение и связь.

Зачем строить ЦОД в космосе, если они уже работают на Земле?

Главный аргумент сторонников идеи связан с энергией. Наземные центры обработки данных подключены к электросетям и конкурируют за мощности с городами и промышленностью. Кроме того, часть ЦОД расходует воду в системах охлаждения. На орбите электроэнергию можно получать непосредственно от Солнца с помощью солнечных батарей — панелей, которые превращают свет в электрический ток. При правильно выбранной орбите аппарат сможет проводить на свету значительную часть времени, а на период прохождения через тень использовать аккумуляторы.

Однако солнечная энергия в космосе не становится автоматически бесплатной. Панели, аккумуляторы и силовую электронику необходимо изготовить, вывести на орбиту и защитить от повреждений. Чем больше вычислительная мощность спутника, тем крупнее должны быть его солнечные батареи. Поэтому экономический расчёт проекта напрямую зависит от стоимости запуска. SpaceX связывает эту часть плана со Starship — тяжёлой многоразовой ракетно-космической системой, которая должна доставлять на орбиту большие грузы и затем использоваться повторно. Пока необходимая для массового развёртывания частота полётов и стоимость доставки не подтверждены практикой.

— Я не думаю, что в ближайшем будущем на орбите появятся крупные центры обработки данных, сопоставимые с наземными: практической необходимости в них пока нет. Иное дело — вычислительные системы для обслуживания орбитальных группировок. Они смогут обрабатывать информацию непосредственно в космосе и обеспечивать взаимодействие между аппаратами. Для таких задач технология действительно полезна, однако переносить на орбиту вычисления планетарного масштаба сегодня не имеет смысла, — отмечает Никита Матасов.

Аппараты дистанционного зондирования Земли — спутники, которые фотографируют поверхность и наблюдают за атмосферой, океаном или пожарами, — собирают большие объёмы информации. Сегодня значительную часть этих данных приходится передавать на наземные станции, ждать обработки и только затем получать результат. Бортовой искусственный интеллект может сразу отобрать полезные снимки, обнаружить лесной пожар или распознать объект, а на Землю отправить уже готовое сообщение. Это уменьшает объём передаваемой информации и сокращает время реакции.

Почему холодный космос не решает проблему охлаждения?

Процессор превращает значительную часть потребляемого электричества в тепло. В наземном ЦОД его уносят потоки воздуха или жидкость, циркулирующая по трубопроводам. На орбите вокруг аппарата почти вакуум, то есть среда с крайне малым количеством частиц. Поэтому там нет воздуха, которому можно передать тепло, и невозможно использовать обычный вентилятор.

Сначала тепло придётся отвести от процессоров по металлическим элементам или по контуру с жидким теплоносителем, а затем направить к радиаторам — большим внешним поверхностям, излучающим энергию в космос в инфракрасном диапазоне. Радиатор не охлаждает аппаратуру потоком холодного воздуха: он постепенно отдаёт накопленное тепло в виде электромагнитного излучения. Чем больше энергии потребляют процессоры, тем больше тепла должна рассеять система и тем крупнее и тяжелее становится спутник.

— Здесь возникает главный парадокс проекта: космос считают холодным, но охлаждать мощную электронику в вакууме сложнее, чем на Земле. чтобы компьютеры работали, им нужно постоянно охлаждать воздух и чипы, и на орбите это делать очень сложно — нет воздуха, нет воды и нет мощных земных станций. Аппараты охлаждаются через большие радиаторы, которые излучают тепло. Придётся придумывать новые эффективные способы охлаждения, поэтому сейчас это главная трудность. В итоге предельную мощность спутника может определять не только количество процессоров, но и площадь поверхности, с которой он способен сбросить тепло, — отмечает эксперт.

Энергетика и охлаждение при этом связаны напрямую. Большие солнечные батареи должны быть повёрнуты к Солнцу, а радиаторы желательно защищать от прямого солнечного нагрева. Аппарат одновременно движется по орбите, поддерживает связь и меняет положение относительно Земли. Система управления должна всё время сохранять нужную ориентацию, не допуская перегрева и потери мощности.

Как спутники превратятся в один компьютер?

Современная модель искусственного интеллекта может быть слишком велика для одного процессора, поэтому даже на Земле вычисления распределяют между множеством устройств. Они постоянно обмениваются промежуточными результатами, и скорость такого обмена влияет на работу всей системы. В космическом ЦОД эту задачу должны взять на себя оптические межспутниковые линии: данные кодируются в лазерном луче и передаются напрямую от одного аппарата к другому.

Лазерная связь способна обеспечить высокую скорость, но требует очень точного наведения. Спутники движутся с большой скоростью, расстояние между ними меняется, а узкий луч должен попадать в приёмник соседнего аппарата. Сеть также обязана продолжать работу при выходе отдельных узлов из строя. Для этого задания нужно автоматически перераспределять, а информацию хранить с резервными копиями.

От назначения системы зависит и то, какие данные будут находиться на орбите. Обучение нейросети — процесс, во время которого программа анализирует огромный набор примеров и настраивает свои внутренние параметры. Для обучения нужны большие массивы данных и особенно интенсивный обмен между процессорами. На первом этапе удобнее для орбитальной инфраструктуры он может оказаться инференс — то есть использование уже обученной модели для получения ответа на новый запрос. 

Что ещё может помешать проекту?

На Земле неисправный сервер можно отключить и заменить. На орбите к аппаратуре не приедет техническая бригада, поэтому спутник должен самостоятельно обнаруживать ошибки, переключаться на резервные элементы и получать обновления программного обеспечения по радиоканалу. При серьёзной поломке его, вероятнее всего, придётся заменять целиком.

Дополнительную угрозу создаёт космическая радиация. Заряженные частицы могут повредить электронные компоненты или вызвать одиночный сбой — случайное изменение данных в памяти или состояния микросхемы. Для защиты применяют экранирование, специальные радиационно-стойкие компоненты и дублирование вычислений. Но традиционная космическая электроника обычно уступает новейшим коммерческим процессорам по производительности, а современные ускорители искусственного интеллекта обновляются значительно быстрее, чем проектируются спутники. Разработчикам придётся искать компромисс между мощностью, устойчивостью и сроком службы.

Масштаб системы создаёт отдельные риски. SpaceX запрашивала у американского регулятора разрешение на группировку численностью до миллиона вычислительных спутников. Эта цифра обозначает верхнюю границу заявки, а не утверждённый план ближайших запусков. 

— Даже гораздо меньшая группировка потребует безопасно разводить аппараты на орбитах, предотвращать столкновения и своевременно сводить отработавшие спутники в атмосферу, где они должны прекратить существование. Иначе рост числа аппаратов увеличит количество космического мусора — неработающих объектов и обломков, опасных для других миссий, — отмечает Никита Матасов.

Когда орбитальный ЦОД станет реальностью?

Пока SpaceX называет четвёртый квартал 2027 года сроком запуска первого Starmind AI1 и говорит о расширении программы в 2028-м. Но первый спутник сможет подтвердить лишь отдельные элементы концепции: работу вычислителей после старта, получение энергии, отвод тепла и устойчивую связь. Чтобы доказать сам принцип распределённого ЦОД, потребуется несколько аппаратов. Чтобы сравнивать его стоимость с наземными комплексами, понадобятся данные о ресурсе оборудования, частоте отказов, цене запусков и реальной загрузке системы.

SpaceX и Nvidia не единственные, кто изучает эту возможность. В 2025 году Google представила исследовательский проект Suncatcher — концепцию группировки спутников с тензорными процессорами TPU, специализированными микросхемами для нейросетей. Появление нескольких подобных проектов показывает, что отрасль рассматривает орбитальные вычисления всерьёз. Оно, однако, ещё не доказывает их коммерческую эффективность.

— Орбитальный центр обработки данных может стать реальностью в 2027–2029 годах: в ближайшем будущем запустят первый тестовый спутник от компании Orbital, а к концу 27 года SpaceX может вывести на орбиту свой подобный аппарат. Все это будет лётными экспериментами. Они должны ответить на конкретные вопросы: хватает ли спутнику энергии, справляется ли система с теплом, насколько устойчивы связь и электроника. Если эти решения подтвердят свою работоспособность и эффективность, космос постепенно станет еще и частью вычислительной инфраструктуры Земли, — заключает эксперт.