太空数据中心系列：SpaceX轨道数据中心与Starlink星链激光网络分析

评分 购买 2026年7月14日 特别报道 北美洲 美国 工业空间技术 太空数据中心 第四部分 估值与风险 Research Analyst+1-212-250-7263余俊达 继上周的启动，我们深入探讨轨道数据中心，并继续我们的“太空数据中心”系列，介绍更新的成本模型（可根据要求提供Excel文件）以及关于光学/激光、频谱、太阳能、散热器和计算密度的进一步分析。我们纳入了SpaceX关于其AI1卫星和Starmind星座的最新披露。我们的高层结论是物理学是可行的，最大的挑战将是成本/规模，我们认为SpaceX可以通过极端垂直整合来实现这一点。结合星舰发射规模的扩大，我们设想在2030年代初出现一个成本可与地面相媲美的场景。 Research Analyst+1-212-250-0117布莱恩·克raf트 科林·布兰查德 研究分析师 +1-904-645-2360 周嘉林，CFA研究分析师 +852-2203-5889 罗斯·西摩尔 +1-415-617-3268研究员罗山·兰吉特，CFA研究分析师+44-20-754-52908 劳拉·李 研究助理 +1-212-250-2266 光学激光与光谱 星心智 AI1卫星将依赖光学星间链路（OISL）在Starmind星座内路由流量，然后进入Starlink星座，其激光网状网络再将流量回传至地面站。因此，AI1卫星无需在星上配备复杂的多面板相控阵天线（即，除可能为遥测作为备份而使用部分Ka波段外，无需其他有意义频谱进行通信）。我们估计目前轨道上已有超过10,000颗Starlink卫星，其中V2型小型卫星每颗配备3个光学终端，每个终端可处理约600 Gbps的容量（每个终端200 Gbps）。对于即将到来的V3卫星，我们推测每颗卫星的容量可能至少达到2-3 Tbps。随着数据量的增加，我们也预计SpaceX将增强和/或升级其地面站网络。 图2：星链小型激光终端 公司报告 光学终端的主要供应商包括：泰塞特-太空通讯公司（空客子公司）、美纳瑞克公司（今年早些时候被收购）、SA光电子公司（2021年被CACI收购）以及SpaceX（内部使用，但也开始向外部销售“迷你”激光终端——Muon Space和Starcloud已宣布计划使用）。 星链 采用这种架构，这意味着空地层将承担更多交通负荷。光链路使Starmind星座本身无需占用频谱，但离开激光网状网络的数据最终必须通过Starlink的网关进行汇集，而轨道数据中心改变了这些数据流的形态。Starlink的Gen1/Gen2网关授权是为一个消费宽带业务设计的，其流量具有非对称性（下行流量占比较大）。因此，SpaceX正越来越多地利用Ku-/Ka-频段之外的非传统频谱频段，例如： nE-bandnV-band+downlink已用于网关回传；上下行授权用于高级用户终端和网关；上行n W波段：已获授权用于网关回程；主要用于上行链路 D波段：主要提议用于AI的网关回程，主要为上行链路 高端频段历史上一直面临严重的雨衰、氧吸收和大气衰减问题，这使得它们不适合用于消费者用户终端，因此看来星链主要将这些频段用于高容量的网关中继链路（在那里，大天线、站点多样性和光星间路由可以缓解这些问题），优先为消费者天线使用经过验证的Ku-/Ka-频段，同时随着硬件和法规的成熟，逐步为高级用户添加V频段。 另行，美国联邦通信委员会（FCC）近期制定了新的卫星标准，取代了20世纪90年代制定的等效功率通量密度（EPFD）限制，该限制迫使近地轨道（LEO）系统如星链（Starlink）必须严格限制功率和波束密度以保护地球静止轨道（GEO）卫星。相反，新规采用基于性能的保护标准，考虑了当今的自适应编码/调制、波束成形以及现实世界的协调。在关键的Ku-/Ka-频段（10.7–12.7 GHz，17.3–18.6 GHz，19.7–20.2 GHz），这允许运营商在更高功率下运行，并部署更多同频段卫星/波束服务于同一区域（例如，从有效1个提升至7–8个）。FCC引用数据表明，使用相同数量的卫星可带来高达7倍的容量提升。 太阳能 当前解决方案 卫星主要使用多结或硅太阳能电池。多结电池通过堆叠不同材料（如砷化镓（GaAs）和锗（Ge））来提高性能（效率可达30%或更高），这些材料能够捕捉更广泛的光谱范围；这些材料还提供了更强的抗辐射能力。然而，这两种材料的生产品种高度集中于中国，尤其是砷化镓，它可作为铝提炼的副产品生产，锗也类似，可作为锌冶炼的副产品生产。Spectrolab（波音子公司）、AZUR Space（德国总部；2021年被5N Plus收购）和SolAero（2022年被收购）是多结航天级电池的主要供应商。硅成本更低（高达80%），得益于规模更大的工业生产，但性能较差（通常效率为15-20%），且由于抗辐射能力较低，耐久性也不如前者。在硅电池中，主要类型被称为钝化发射极及背接触（PERC）电池。台灣太陽能公司（TSEC）向SpaceX供应此类电池。Amazon LEO也使用PERC电池，但供应商尚不明确。 接下来会发生什么？ 未来几年，我们预计卫星领域将出现一种新型技术：异质结（HJT）。这种电池将晶体硅与非晶硅薄膜结合，以提升性能。有趣的是，HJT采用更简单（5-7步，而非典型的12-13步）、低温的生产工艺，尽管初始设备成本会更高，但可节省高达70%的能源消耗；此外，还有潜力从涂层中去除银，改用铜，从而降低成本。在性能方面，其效率已记录高达27%，对称设计使电池能从两面几乎同等程度地吸收光线。最后，HJT具有很强的抗辐射能力，在轨退化缓慢。在美国，Solestial（最近被York Space Systems收购）正利用Meyer Burger的设备，研发超薄柔性硅HJT太阳能电池。 超越HJT技术，钙钛矿叠层电池或许才是未来。钙钛矿是一种合成晶体结构，本质上可以打印或喷涂在表面，这意味着它非常轻便，理论上与多结电池一样高效。太阳能 2026年7月14日 太空技术 SpaceX 如今电池板都是刚性的，但有了钙钛矿技术，利用薄膜或柔性面板成为可能。刚性（无论是多结或硅基）意味着电池板被安装在由铝或碳纤维复合材料制成的蜂窝状基板上。这些面板随后堆叠起来，并使用机械铰链和弹簧，在轨道上展开一次。 在中国，2865.HK的Drinda公司在5月的SNEC展会上展示了一个专门的“太空光伏”区域，重点介绍了其致力于开发用于太空应用的钙钛矿太阳能解决方案的努力。该公司展示了其钙钛矿/TOPCon叠层技术（小面积效率约为33.5%），以及柔性CPI基衬底和一颗商业卫星模型。该公司一直是太空太阳能业务的先行者。该公司子公司“行天”计划于2026年制造和部署12至15颗卫星（订单积压量为54颗）。3800.HK的GCL在SNEC展会的摊位设计和产品展示反映了其焦点从传统光伏的明显转变，电池材料（正极和负极）和太空太阳能在其展区的最前方占据了显著位置。对于太空太阳能，该公司展示了一块柔性钙钛矿太阳能电池样品以及相关的卫星应用案例。 SpaceX发展路线图 SpaceX目前正在德克萨斯州奥斯汀附近的巴斯特普建造一座太阳能电池制造厂，作为其大规模国内太阳能电池生产雄心的一部分。巴斯特普的目标是建造一个拥有两层（每层5 GW）的太阳能电池产能达10 GW的工厂。该设施已获准约110万平方英尺，未来有扩展至160万平方英尺的潜力，并与SpaceX现有的Starlink生产设施相邻。太阳能工厂的建设于2026年3月下旬开始，设备安装工作已率先启动。该工厂计划于2027年底实现产能爬坡和“合理规模”的生产。据我们了解，该工厂初期将生产硅基太阳能电池，效率约为19%。 展望未来，SpaceX可能会转向HJT或钙钛矿电池，但我们怀疑这不会在短期内发生，因为他们可能无法在AI1卫星部署前及时获得合适的设备。最终，埃隆·马斯克已表示计划在三年内建成100吉瓦的国内太阳能电池产能。 2026年7月14日 太空技术 SpaceX 散热器 热管理 卫星在太空真空中运行，这意味着没有像地球上那样可以通过传导或对流散热的空气或介质。相反，卫星依靠热辐射来散发由机上电子设备和其他组件产生的多余热量。散热器通过发射电磁能（主要是红外线光谱）来工作，将热量以光子形式带走。该过程遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律，其中辐射热量的速率取决于温度和表面积。 主动还是被动？ 通常有两种类型的散热器：被动式和主动式。被动式散热器仅利用材料特性和几何形状来散热。它利用材料、表面和几何构型的固有热特性来管理热流，而无需消耗任何电力。主要缺点是散热器面积受航天器外形尺寸的限制，这限制了被动散热能力。主动式散热器是带电源的热循环系统的一部分——泵将电子设备上的冷板处的流体循环到散热器面板。这需要消耗电力并增加了故障模式，但能处理远高负载的热量，并比被动式设计具有更精确的温度控制。几乎所有卫星都使用被动式散热器。主动式散热器基本上仅用于空间站（国际空间站、天宫）和飞船（龙飞船、星际客机）。 历史上， primes 大多自行在其内部工厂生产散热器面板。商业供应商包括 Advanced Cooling Technologies (ACT)、Paragon Space Development、Redwire、Beyond Gravity、Iberespacio 和 Admatis。 SpaceX发展路线图 SpaceX目前在其Starlink卫星上自行生产散热器（被动式），并将继续为AI1卫星（主动式）进行生产。AI1将采用一种双面主动展开式液体散热器，其散热能力为1,400 W/m²（每面700 W/m²），覆盖110 m²的表面积。此类散热器需要电力和/或活动部件将计算模块的热量传输至散热器面板。鉴于120–150 kW的高功率有效载荷，热量通量过高，无法仅通过纯被动传导来处理，因此这是必要的。主动式散热器通常体积非常小，因此SpaceX将成为首个大规模生产此类设计的公司。 计算密度 SpaceX计划于明年晚些时候部署其AI1卫星原型。FCC的申报文件概述了一个由多达一百万颗卫星组成的低地球轨道星座。由于每颗卫星都有固定的功率和热量预算，因此当务之急是最大化计算密度。SpaceX的目标是每吨100千瓦的密度，但AI1将无法达到这一标准，起步时约为70千瓦，这意味着最初每艘星舰发射将提供约6兆瓦的计算能力（假设有效载荷容量为85吨）。SpaceX表示愿意为其AI1卫星搭载所有类型的芯片有效载荷，包括英伟达GPU、谷歌TPU、亚马逊Trainium，当然还有特斯拉的AI芯片，这些芯片优先考虑能效。预计AI1将以约120千瓦的功率可持续运行，这与NVIDIA GB300 NVL72机架的功耗大致相当。在我们的模型中，我们假设计算密度将在2032年左右提高到85-90千瓦，而在此之后，AI3卫星将达到100千瓦。 2026年7月14日 太空技术 SpaceX 经济学最终可能很有说服力。 为设定基准，我们假定地面1吉瓦（GW）AI计算的前期资本支出（CAPEX）为380亿美元，年运营支出（OPEX）（包括电力、维护、人力等）为9亿美元，这意味着5年内总成本为425亿美元（基于Epoch AI的分析）。其中，计算成本占210亿美元，我们假定这部分成本会转移到轨道数据中心，并在此基础上增加10%的溢价，以应对GPU故障时的超额配置情况。据我们判断，GPU故障不会通过维护直接解决，而是故障发生时每颗卫星仅以较低功率运行。因此，陆基数据中心的非计算成本为215亿美元，轨道数据中心（ODC）在考虑超额配置后必须低于此水平，或为195亿美元才能达到成本相当。展望未来，我们预计陆基成本将持续上升。例如，英伟达CEO黄仁勋在2026年台北GTC大会上评论称，一座新的1吉瓦“AI工厂”的成本可能接近1000亿美元，其中约一半与计算相关。 利用当前的Spac