12 月 28 日消息，據(jù) The Conversation 報(bào)道，人工智能與云服務(wù)的迅猛擴(kuò)張催生了海量算力需求，這一需求浪潮給數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)巨大壓力，而這類(lèi)設(shè)施的運(yùn)行本身需要消耗大量電力。一顆位于地球的中型數(shù)據(jù)中心，其耗電量足以供約 1.65 萬(wàn)戶家庭使用；規(guī)模更大的數(shù)據(jù)中心，耗電量甚至堪比一座小型城市。
過(guò)去幾年間，科技行業(yè)領(lǐng)軍者愈發(fā)倡導(dǎo)發(fā)展天基人工智能基礎(chǔ)設(shè)施，將其視為解決數(shù)據(jù)中心電力需求的重要途徑。在太空中，太陽(yáng)能電池板可利用的太陽(yáng)光資源豐富且穩(wěn)定。2025 年 11 月 4 日，谷歌公司正式公布“捕日者計(jì)劃（Project Suncatcher）”，提出一項(xiàng)大膽構(gòu)想：向近地軌道發(fā)射由 81 顆衛(wèi)星組成的星座，通過(guò)收集太陽(yáng)能為下一代天基人工智能數(shù)據(jù)中心供電。該星座的核心任務(wù)并非將電力傳回地球，而是將處理完成的數(shù)據(jù)送回地面。
舉個(gè)例子，當(dāng)你向聊天機(jī)器人詢(xún)問(wèn)時(shí)，你的請(qǐng)求不會(huì)觸發(fā)弗吉尼亞州某座地面數(shù)據(jù)中心進(jìn)行運(yùn)算，而是直接被傳輸至這一太空星座。星座內(nèi)的芯片完全依靠太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)，完成運(yùn)算后再將回答發(fā)送到你的設(shè)備上。這一過(guò)程產(chǎn)生的大量熱量，將直接消散在冰冷的太空真空環(huán)境中。
然而，谷歌的這一構(gòu)想將不得不直面一個(gè)日益嚴(yán)峻的難題 —— 太空垃圾。
災(zāi)難背后的數(shù)學(xué)邏輯
太空垃圾，即地球軌道上所有廢棄人造物體的總稱(chēng)，如今已對(duì)各國(guó)航天機(jī)構(gòu)、商業(yè)航天企業(yè)及航天員的安全構(gòu)成威脅。這些垃圾既包括火箭末級(jí)、報(bào)廢衛(wèi)星等大型殘骸，也涵蓋脫落的油漆碎屑、退役衛(wèi)星產(chǎn)生的各類(lèi)微小碎片。
在近地軌道中，太空垃圾的運(yùn)行速度高達(dá)每小時(shí)約 1.75 萬(wàn)英里（合 2.8 萬(wàn)公里）。以這樣的速度，一顆藍(lán)莓大小的碎片撞擊航天器，其威力不亞于一塊墜落的鐵砧。
衛(wèi)星解體事故與反衛(wèi)星武器試驗(yàn)，已制造出數(shù)量驚人的太空垃圾；而隨著 SpaceX“星鏈”等商業(yè)衛(wèi)星星座的快速擴(kuò)張，這場(chǎng)危機(jī)更是雪上加霜。目前，星鏈網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星數(shù)量已超 7500 顆，為全球用戶提供高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。
美國(guó)太空軍借助地基雷達(dá)與光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，持續(xù)追蹤著 4 萬(wàn)多個(gè)直徑大于壘球的在軌物體。然而，這一數(shù)字僅占軌道中具有致命威脅物體總量的不到 1%—— 絕大多數(shù)微小碎片過(guò)于細(xì)小，難以被現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)穩(wěn)定識(shí)別和追蹤。
2025 年 11 月，我國(guó)天宮空間站的三名航天員曾因載人飛船遭遇太空垃圾撞擊，被迫推遲返回地球的計(jì)劃。2018 年，國(guó)際空間站也曾發(fā)生類(lèi)似撞擊事件，當(dāng)時(shí)俄羅斯媒體猜測(cè)這是美國(guó)國(guó)家航空航天局航天員蓄意破壞所致，一度導(dǎo)致美俄兩國(guó)的航天合作關(guān)系陷入緊張。
谷歌“捕日者計(jì)劃”選定的目標(biāo)軌道 —— 距地球約 400 英里（合 650 公里）的太陽(yáng)同步軌道，是獲取持續(xù)太陽(yáng)能的黃金位置。在這一軌道高度，航天器的太陽(yáng)能電池板可始終正對(duì)太陽(yáng)，為星載人工智能載荷穩(wěn)定供電。但也正因如此，太陽(yáng)同步軌道成為近地軌道中最為擁擠的“交通要道”，在軌物體與其他衛(wèi)星或太空垃圾發(fā)生碰撞的概率也高居榜首。
隨著新發(fā)射物體不斷增加、既有在軌物體持續(xù)解體，近地軌道正逐步逼近凱斯勒綜合征的臨界狀態(tài)。這一理論指出，一旦近地軌道內(nèi)的物體數(shù)量突破臨界閾值，物體間的碰撞將產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，催生更多新碎片。最終，這場(chǎng)碰撞連鎖反應(yīng)可能導(dǎo)致部分軌道徹底喪失使用價(jià)值。
對(duì)“捕日者計(jì)劃”的潛在影響
“捕日者計(jì)劃”計(jì)劃部署一個(gè)搭載大型太陽(yáng)能電池板的衛(wèi)星集群。81 顆衛(wèi)星將在半徑僅 1 公里的范圍內(nèi)編隊(duì)飛行，相鄰衛(wèi)星間距不足 200 米。
這種超高密度的編隊(duì)方式是衛(wèi)星間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋匾獥l件。該星座將復(fù)雜的人工智能運(yùn)算任務(wù)拆解分配至 81 顆衛(wèi)星，使其能夠協(xié)同運(yùn)作，如同一個(gè)巨型分布式大腦，同步完成思考與數(shù)據(jù)處理工作。谷歌已與一家航天企業(yè)達(dá)成合作，計(jì)劃在 2027 年初發(fā)射兩顆原型衛(wèi)星，對(duì)相關(guān)硬件技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。
但在太空真空環(huán)境中，衛(wèi)星編隊(duì)飛行始終要與物理規(guī)律展開(kāi)博弈。盡管近地軌道的大氣極為稀薄，但并非絕對(duì)真空。稀疏的大氣粒子會(huì)對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生軌道阻力 —— 這種阻力會(huì)反向作用于航天器，使其速度減慢、軌道高度降低。對(duì)于表面積較大的衛(wèi)星而言，軌道阻力帶來(lái)的影響更為顯著，其作用機(jī)理類(lèi)似于帆船借助風(fēng)力航行。
雪上加霜的是，太陽(yáng)釋放的帶電粒子流與磁場(chǎng)（即空間天氣）會(huì)導(dǎo)致近地軌道的大氣粒子密度發(fā)生難以預(yù)測(cè)的波動(dòng)，而這種波動(dòng)又會(huì)直接影響軌道阻力的大小。
當(dāng)衛(wèi)星間距不足 200 米時(shí)，任何操作失誤的容錯(cuò)空間都將蕩然無(wú)存。一次微小的撞擊不僅會(huì)摧毀單顆衛(wèi)星，還可能使其碎片高速撞擊鄰近衛(wèi)星，進(jìn)而引發(fā)連鎖碰撞，導(dǎo)致整個(gè)衛(wèi)星集群徹底損毀，并向本就危機(jī)四伏的軌道中隨機(jī)拋灑數(shù)百萬(wàn)個(gè)新碎片。
主動(dòng)規(guī)避技術(shù)的重要性
為避免碰撞事故與連鎖災(zāi)難的發(fā)生，衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商應(yīng)當(dāng)遵循“無(wú)痕太空”準(zhǔn)則。這意味著衛(wèi)星在設(shè)計(jì)階段就要確保其不會(huì)解體碎裂、不會(huì)產(chǎn)生碎片、不會(huì)對(duì)鄰近航天器構(gòu)成威脅，且任務(wù)結(jié)束后能夠被安全移出軌道。對(duì)于“捕日者計(jì)劃”這類(lèi)高密度、高復(fù)雜度的衛(wèi)星星座而言，要滿足這一標(biāo)準(zhǔn)，可能需要為衛(wèi)星配備“自主反應(yīng)系統(tǒng)”，使其能夠自動(dòng)探測(cè)碎片云并靈活規(guī)避。但就目前公布的信息來(lái)看，“捕日者計(jì)劃”的設(shè)計(jì)方案尚未納入這類(lèi)主動(dòng)規(guī)避功能。
僅在 2025 年上半年，SpaceX 的星鏈星座就執(zhí)行了高達(dá) 144404 次碰撞規(guī)避機(jī)動(dòng)，以躲避太空垃圾與其他航天器的威脅。同理，“捕日者計(jì)劃”的衛(wèi)星集群預(yù)計(jì)每 5 秒就會(huì)遭遇一次沙粒大小及以上的碎片撞擊。
當(dāng)前的太空物體追蹤體系，監(jiān)測(cè)范圍普遍局限于壘球大小以上的碎片，數(shù)百萬(wàn)個(gè)更微小的碎片對(duì)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商而言基本處于“隱身”狀態(tài)。未來(lái)的衛(wèi)星星座需要搭載星載探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微小威脅的主動(dòng)識(shí)別，并實(shí)時(shí)自主完成規(guī)避機(jī)動(dòng)。
要為“捕日者計(jì)劃”配備主動(dòng)碰撞規(guī)避功能，無(wú)疑是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工程難題。受限于衛(wèi)星間極小的間距，整個(gè)星座必須作為一個(gè)整體協(xié)同響應(yīng)，衛(wèi)星群的變軌操作需如同鳥(niǎo)群同步飛行般精準(zhǔn)協(xié)調(diào)，每一顆衛(wèi)星都要對(duì)鄰近衛(wèi)星的細(xì)微位置變化做出即時(shí)反應(yīng)。
為使用軌道“付費(fèi)”
然而，單純依靠技術(shù)手段，終究無(wú)法徹底解決問(wèn)題。2022 年 9 月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)出臺(tái)新規(guī)，要求衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商在任務(wù)結(jié)束后 5 年內(nèi)，將航天器移出軌道。這通常需要通過(guò)受控離軌機(jī)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn) —— 運(yùn)營(yíng)商必須為衛(wèi)星預(yù)留足夠燃料，以便在任務(wù)末期啟動(dòng)推進(jìn)器，降低衛(wèi)星軌道高度，直至大氣阻力主導(dǎo)作用，使衛(wèi)星在大氣層中完全燒毀。
但這項(xiàng)新規(guī)并未解決軌道中已存在的太空垃圾問(wèn)題，也無(wú)法應(yīng)對(duì)未來(lái)因事故產(chǎn)生的新碎片。為攻克這些難題，部分政策制定者提出征收太空垃圾清理使用稅的構(gòu)想。
這種軌道使用稅的核心邏輯是，根據(jù)衛(wèi)星星座對(duì)軌道空間造成的壓力，向運(yùn)營(yíng)商收取相應(yīng)費(fèi)用，類(lèi)似于體型更大、重量更重的車(chē)輛在使用公共道路時(shí)需繳納更高通行費(fèi)的機(jī)制。征收的資金將專(zhuān)門(mén)用于資助主動(dòng)清理任務(wù)，捕獲并移除軌道中最具危險(xiǎn)性的垃圾碎片。
歸根結(jié)底，碰撞規(guī)避只是一種臨時(shí)性的技術(shù)手段，而非解決太空垃圾問(wèn)題的長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)。隨著部分企業(yè)將太空視為數(shù)據(jù)中心的新“棲息地”，更多商業(yè)衛(wèi)星星座持續(xù)升空，唯有通過(guò)制定全新政策框架、推進(jìn)主動(dòng)清理計(jì)劃，才能確保近地軌道始終具備商業(yè)開(kāi)發(fā)與科研探索的價(jià)值。
