【摘要】随着以大模型为代表的人工智能技术加速演进，数据密集型应用持续发展，算力正成为数字时代重要的基础设施和战略性生产要素。地面数据中心在持续扩张过程中面临能源、土地、散热、电网承载和传输链路等多重制约，通信、遥感等空间基础设施在轨产生海量数据，导航等系统则提供关键时空基准支撑，传统“天数地算”的模式难以满足实时处理、自主决策和全球覆盖需求。在此背景下，太空算力正成为空天信息基础设施演进的重要方向。通过将计算能力部署至卫星和在轨平台，数据能够在产生源头完成筛选、分析和决策，减少对星地链路和地面站窗口的依赖。当前，太空算力仍处于工程验证和路径探索阶段，未来可沿着单星增强、分布式协同和大规模集中式部署逐步演进，并在6G、人工智能、监测预警等场景中释放应用价值，推动航天产业从硬件主导向互联网服务化运营转型。
【关键词】太空算力 卫星计算 智能计算 【中图分类号】TP393 【文献标识码】A
当前，随着人工智能快速发展和卫星互联网持续演进，太空正成为数字基础设施拓展的重要方向，卫星也由传统航天基础设施逐步演变为未来通信网络的重要组成部分。同时，通信网络技术持续演进，卫星系统与5G、6G网络的融合趋势日益明显。3GPP Release 17已将非地面网络（NTN）纳入5G标准体系，为卫星接入5G网络、物联网终端接入，以及面向手机终端的卫星通信能力奠定标准基础；面向6G，空天地一体化覆盖将进一步推动卫星成为移动通信网络的重要组成部分。通信、遥感、导航等各类卫星系统正在形成更复杂的数据生产与服务体系。通信和遥感卫星在轨产生海量数据，导航系统提供关键时空基准并支撑多源数据融合，但受功率、频谱及地面站窗口限制，数据生成速度长期快于星地下行能力，形成所谓的“数据与传输能力剪刀差”，且这一差距随着星座扩张继续扩大。当人类向外开拓的空间需求，与算力向上突破的发展需求相互交汇，将计算能力部署至太空便不再是技术构想，而是破解现实瓶颈、重塑数字基础设施格局的战略选择。通俗而言，太空算力是将计算、存储、网络等能力，以及支撑这些能力的芯片、载荷、操作系统、软件和模型部署到卫星或其他在轨平台，并通过分布式协同，将分散在轨的计算资源组织起来，向地面及太空提供持续、协同和可扩展的算力服务。
太空算力的需求驱动与发展趋势
随着卫星网络基础能力显著增强，上层业务形态按照通信网络与信息系统的演进规律持续扩展并趋于复杂，通信、导航、遥感与信息服务在现代社会运行和国家安全体系中的战略地位不断提升。当前，卫星系统虽已具备一定在轨处理和智能功能，但总体仍以信号转发为主，计算能力主要发挥辅助支撑作用。随着手机直连卫星、6G/NTN卫星互联网等新型业务形态出现，身份认证、接入控制、会话管理和数据处理等功能逐步向星上延伸，太空算力由提升系统效率的辅助手段，逐步演变为空天网络运行和演进的基础能力。
除业务演进带来的内生需求外，太空算力的兴起还来自地面算力扩张与太空数据增长的双重压力：地面数据中心在能耗、土地、电网容量、散热条件和建设成本等方面承受越来越大压力；随着卫星系统规模扩大、遥感精度提升、终端接入数量增加，在轨数据增长与星地回传能力之间的矛盾不断加剧。在此背景下，在轨感知、处理和决策，逐渐成为提升系统效率的重要方向。从需求来源看，太空算力主要包括面向卫星星座自治的计算和面向外部应用的在轨计算两个方向。
面向卫星星座自治的计算，主要满足卫星星座自身运行、调度和自治需求。当卫星网络从简单的转发系统演变为一张移动的分布式网络时，受卫星高速运动影响，整体网络拓扑处于实时动态变化中。以低轨卫星为例，单星约每90分钟绕地一周，星间链路切换频率可达到秒级。要让卫星网络像地面运营商网络一样稳定运行，需具备路由选择、资源分配和故障自愈能力。如果控制面完全依赖地面，每次路由决策和链路切换都需要往返星地，通信延迟可能高达数秒，进而成为系统瓶颈。当星座规模突破一定临界点，系统主导成本也将从发射和制造转向运营。为突破这一系统性约束，将计算能力前移至在轨节点，使卫星从被动中继升级为具备自主决策能力的网络节点，正成为重要发展趋势。在轨节点可以完成状态感知、路由决策和故障诊断，仅将必要状态信息和关键决策结果回传地面，从而缓解星地回传瓶颈，提升网络自治能力。这一趋势预计将随空天地一体化的发展进一步加速。当卫星逐步成为移动通信网络的原生网元时，更多协议处理、边缘计算与智能调度功能也将逐步迁移至星上节点。
面向外部应用的在轨计算，则是把卫星作为新的计算和服务平台，面向通信、遥感、AI推理和应急响应等应用提供能力。与面向卫星星座自治的计算偏重星座自身运行不同，面向外部应用的在轨计算更强调外部业务对天基算力的牵引。当前，这类需求主要体现在三个方向：
蜂窝网络向天基网络延伸带来的计算需求。地面移动通信网络容量提升长期依赖频谱扩展和频谱效率提升，而继续增加站址密度会受到站址资源、干扰管理、能耗、回传和建设成本等因素制约，边际收益逐步下降。同时，全球仍有大量人口面临移动互联网未使用或覆盖不足问题。低轨卫星具备广域覆盖能力，单星覆盖直径可达数千公里，正在成为地面蜂窝网络的重要补充。当卫星承担更多移动通信接入功能时，如果将海量终端带来的信令处理、会话管理和边缘计算需求全部回传地面核心网，势必再次形成链路瓶颈。因此，6G和NTN所探索的空天地一体化架构，本质上要求将部分网络功能前移至卫星节点，使天基网络逐步具备一定的接入、转发、调度和本地处理能力。
人工智能应用向更广阔物理世界扩展带来的需求。远洋船舶、矿区设备、农业无人机、应急救援等场景，作业区域通常位于地面网络覆盖之外，这些场景对实时感知、智能识别和快速响应的需求不断增强。如果将遥感图像和物联网传感数据全部回传地面云端处理，不仅带宽成本高，而且响应时延也会因星地传输和云端推理叠加而显著增加。更有效的方式是在轨完成初步计算与智能筛选。例如，将TB级原始遥感图像压缩为MB级目标标注信息，或在轨完成SAR图像解译、异常目标识别等，仅将关键结果回传地面。这样既能降低传输压力，又能提升任务响应速度。
更长期看，能源利用、数据主权和广域接入需求将推动太空算力向基础设施形态演进。从数据来源看，太空算力既包括对在轨遥感、通信和导航等数据的“天数天算”，又包括在特定能源、主权或广域接入场景下，将地面数据上传至在轨平台处理的“地数天算”。一些国家和地区开始探索将算力基础设施部署至太空。在晨昏太阳同步轨道等特定轨道条件下，太空平台有望获得更高连续性的太阳能输入，并可利用辐射散热机制。不过，高功耗计算设备仍需解决能源供给、热控管理和长期可靠性等多重工程问题。在可重复使用火箭进一步成熟、发射成本显著下降，并且热控、可靠性和在轨维护等关键问题取得突破的前提下，将部分大模型推理乃至特定训练任务迁移至太空，可能在未来10—15年逐步具备经济可行性。
太空算力的技术路线与演进阶段
2025年以来，太空算力正在全球范围快速进入工程验证阶段。国际方面，Starcloud公司把搭载英伟达H100 GPU的Starcloud-1测试卫星送入近地轨道，并披露其在轨运行Gemma模型、训练nanoGPT，成为在轨高性能GPU计算的重要工程验证案例。谷歌正式公布“太阳捕手”计划（Google Project Suncatcher），探索通过搭载TPU的卫星构建示例构型来建设算力星座，并计划在2027年进行原型验证。同期，SpaceX提出基于Starlink V3卫星的太空算力改造路线。随着市场对SpaceX动向的关注上升，外界对“通信星座扩展太空算力”路线的兴趣进一步增加。①国内方面，在通信基础设施建设层面，星网工程、千帆星座等低轨星座加快建设，一些产业主体积极参与3GPP NTN与6G相关标准研究，基础电信运营商同步推进星地融合试验验证，空天地一体化网络基础能力持续增强；在太空算力探索层面，天算星座作为全球首个空天计算在轨试验平台，已经发射8颗低轨卫星，建成7个地面站，初步形成“天上有星、地上有站、中间有智算”的试验验证体系。目前，北邮二号、北邮三号卫星已成功搭载自主研制的太空服务器，完成在轨验证并取得阶段性成果。同时，之江实验室牵头的“三体计算星座”已完成12颗卫星部署，并公开披露在轨互联算力达到5 POPS。2026年6月，北京太空算力创新中心成立，发布太空操作系统开源标准体系，目标是率先实现国内乃至国际太空算力商业化运营。
总体来看，全球太空算力尚处于发展初期，技术路线主要可归纳为太空数据中心、分布式星座和通信星座扩展三类。三类路线在建设方式、技术门槛和商业化节奏各有差异。
太空数据中心的代表项目，包括美国Starcloud公司和欧洲Horizon Europe资助的ASCEND项目。该路线目标是在轨构建GW级太空算力基础设施。Starcloud以5GW级太空数据中心为长期愿景，作为NVIDIA Inception生态成员推进在轨算力验证。ASCEND项目提出面向约1400km太阳同步轨道的模块化在轨数据中心概念，目标是在2050年前实现1GW规模部署。②该路线优势在于算力规模较大，并有望利用太空中的太阳能和辐射散热条件，然而面临在轨建造技术难度高和商业化周期长等挑战。
分布式星座以谷歌“太阳捕手”计划为代表。与集中式数据中心不同，该路线将算力分散部署在多颗卫星中，通过星间激光链路实现协同计算。谷歌计划在晨昏轨道部署81颗TPU卫星，原型星预计2027年发射，其星间光链路已在实验室验证，具备1.6Tbps传输能力。该路线优势在于灵活性强、可扩展性好，然而面临星间通信、轨道控制和能耗管理等技术难题。
通信星座扩展以SpaceX为代表。其思路是在既有星座网络能力基础上叠加计算能力，使卫星从通信中继演进为具备边缘处理能力的节点。Starlink官网披露，其第三代卫星目标于2026年内开始发射，单星设计下行容量超1 Tbps、较第二代提升约10倍。该路线优势在于务实可行，能够依托现有卫星网络基础设施推进，无需等待在轨建造技术成熟，并在功耗和散热受限条件下，通过高效软硬件设计实现边缘智能。
从我国发展情况看，部分先导试验星座已率先完成星间协同与闭环计算的初步验证，而大规模产业化落地仍面临在轨自主性不足的挑战：卫星仍高度依赖地面测控，星上智能处理能力有限，星座协同效率受制于传统星地架构。
太空算力的应用领域十分广泛
从应用场景看，太空算力赋能卫星通信网络，成为手机直连卫星通信、6G星地融合网络发展的核心引擎。此外，太空算力可支撑海量增值服务场景，为在轨数据处理、太空态势感知、在轨服务等未来星基增值服务提供强大的底层算力支撑。
在产业应用层面，以遥感服务为例，太空算力可以推动遥感服务模式从“影像交付”转向“结果交付”。过去，用户购买的是图像、光谱数据或后处理报告，使用门槛较高，往往需专业团队二次解译。未来，星上模型可以根据不同行业需求直接输出结构化结果，并通过标准化接口接入政府应急平台、保险风控系统和企业运营平台。这种模式能够有效降低下游用户使用太空数据的门槛，同时促使太空算力从单纯的基础设施能力转化为可计费、可迭代、可规模化复制的行业服务能力③。
从战略价值看，太空算力能够提升系统韧性和数据安全能力。当地面通信、能源或数据中心在极端天气、地震和大规模网络攻击中受损时，具备自主计算和协同能力的卫星网络仍可维持基本观测、通信和决策支持功能，形成独立于地面基础设施的“计算平面”。同时，敏感数据可在轨完成筛选、脱敏和加密，仅将必要结论传输到地面，减少原始数据在跨境链路和多级平台中的暴露面。对于国家安全、重大工程等关键基础设施保护而言，这种分布式、广覆盖、强抗毁性的计算体系具有重要战略价值。
立足国内产业基底，分步推进太空算力建设
结合上述技术路线和国内产业基础，国内更适合遵循“单星增强—群智协同—集中部署”的渐进演化路径：在全面夯实和普及单星增强的基础上，由点带面地推进分布式协同计算，最终在技术成熟、成本可控的前提下考虑更大规模算力部署。
第一阶段是单星增强，即在现有通信卫星或遥感卫星上叠加计算能力，类似于在运营商机房中部署边缘服务器，使卫星从被动执行指令的终端，升级为具备感知、决策和执行闭环能力的自主节点。这一阶段的核心，并不是简单增加星上硬件，而是将智能体能力融入卫星业务流程，使卫星具备一定的本地处理、协议执行、任务调度和异常响应能力。
理解单星增强的价值，需看到传统架构的系统成本。在传统的透明转发模式下，卫星主要负责信号转发，复杂的协议处理、调度和业务流程依赖地面网关与核心网。对于单星或早期星座，这条路线清晰且风险可控，而在规模化运营时，系统容易形成“哑铃”效应，即卫星和地面服务器数量可以增加，中间的星地回传链路成为难以扩展、成本较高的瓶颈。受轨道几何、地面站资源及频谱复用限制，星地链路很难随卫星数量线性扩容。单星增强的价值在于，使卫星从被动执行指令的终端升级为具备感知、决策、执行闭环能力的自主节点，将部分协议处理、路由、业务闭环前移至星上，从而将回传链路从“承载所有复杂度”转变为可管理的资源约束。
第二阶段是分布式协同，即在单星具备在轨自治能力后，使多颗卫星通过星间激光链路和分布式调度算法协同工作。此时，卫星不再只是单点增强，而是形成具备网络效应的分布式算力单元。多颗卫星可以实现任务分配、数据共享和容灾切换，数据不必全部回传地面，而是可以在轨跨星转发和协同计算。该阶段的价值取决于组网成熟度，只有当在轨节点足够密集、星间链路足够稳定时，协同带来的效率增量才能超过系统复杂度成本。
第三阶段是大型集中式太空算力部署，即在发射成本持续下降、分布式协同机制成熟、在轨运维体系完善后，建设更大规模的太空数据中心。这个阶段包括两个方向：承接部分地面算力需求，在能源、主权、安全或特殊场景下提供补充算力；支撑天基原生应用生态，当在轨节点密集、星间带宽充足、数据沉淀充分时，太空基础设施有机会催生出新的应用生态。该过程形成“基础设施成熟—应用涌现—数据沉淀—新需求产生”的正向循环，然而需前两个阶段的能力和运营经验作为前提，距离大规模商业化仍有较长周期。④
以上三个阶段构成逐步累积能力的过程，每一阶段的工程验证都将为下一阶段奠定基础。无论是分布式协同算力网络，还是集中式太空算力部署，最终都依赖稳定的骨干网络和成熟的运维体系，这些基础能力通常需要从单星增强开始积累。
综上所述，太空算力的发展方向已大致清晰，但整体格局仍未确定。无论是Starcloud的H100入轨试验、谷歌的“太阳捕手”计划，还是中国的天算星座，全球主要国家和企业均在加速布局。目前，国内市场的重要任务仍是单星增强与分布式协同的工程积累，这是实现更宏大太空算力愿景的必经之路。⑤这些积累包括：在轨可靠性的统计验证、与下游总体的深度协作、软硬件一体的产品化能力，以及穿越多个发射周期的迭代经验。这些能力难以快速复制，并将在进入下一阶段时转化为显著的先发优势。
从长期视角看，太空算力的发展正在推动航天产业从硬件主导向互联网服务化运营转型。当卫星价值越来越由星载操作系统、AI算法和网络协议定义时，率先建立软件生态的国家将在下一阶段的竞争中占据优势。太空算力将计算能力从地面延展至轨道空间，将能源供给从地面电网拓展至空间能源利用，将数据处理从“天数地算”到“天数天算”再到“地数天算”，并逐步走向“天地同算”的长期演进方向，进而拓展人类计算的边界。
【注释】
①张其阳、邢若粼等：《卫星边缘计算智能化技术研究进展》，《软件学报》，2026年第1期。
②刘波、杨孟飞等：《太空计算中心构建及运营技术研究》，《宇航学报》，2025年第12期。
③《把“大脑”送上天！我国重要布局》，央视财经，2026年4月26日。
④王尚广：《发展太空计算，急不得也慢不得》，《科技日报》，2026年3月19日。
⑤郭倩：《算力“上天” 太空计算怎么算》，《经济参考报》，2025年9月30日。
责编/银冰瑶 美编/杨玲玲
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