太空能源正成为大国太空战略布局重要组成部分，也是大国争夺未来人工智能算力竞争主动权的重要基础设施。各国纷纷出台专项战略、加大研发投入、推动技术突破
作为新兴领域，太空能源和算力协同布局仍面临技术、经济与系统工程层面的多重挑战。在技术层面，高性能抗辐射芯片、超大型高效散热系统和可靠的星间网络是三大核心瓶颈
文 | 柴麒敏
太空凭借其全时的太阳能辐射、广阔的部署空间以及不受地球资源环境限制的独特优势，正成为全球零碳能源开发的全新赛道。太空能源的战略价值正经历从“星际石油”宏大科学构想到“天算赋能”现实技术的场景转型。
传统认知中，太空能源主要指太阳能、月球氦-3等可开发利用的能源资源，其主要目标是为卫星、空间站及深空探测提供能源，并期望在未来为地球发展提供动力。
随着新能源技术突破和人工智能（AI）算力需求指数级增长，太空能源的内涵拓展至新应用场景，为支撑全球算力竞赛提供重要基础设施。这使得太空能源开发不再局限于传统的能量收集与传输，而与海量信息处理、数据价值创造融合，催生出“太空算力”这一新兴应用领域。
从理论设想迈向技术验证
近年来，随着航天技术、光伏技术、通信技术、无线输电技术的突破，太空能源开发从理论设想迈向技术验证，正在进入商业化的初步探索阶段。
传统太空能源开发的核心思路是“太空采集—能量传输—地面利用”，即通过太空太阳能电站采集太阳能，转化为电能后，再通过微波或激光将能量直接传输至地面。这种模式传输效率低、成本高昂、技术难度大，太空能源开发长期停留在理论研究与小规模试验阶段。
近年来，重大突破在于“信息传输”替代“能量传输”的模式革新，即短期内不再追求将太空采集的能量通过微波或激光直接传输至地面，而是在太空完成能量转化与数据处理，将高价值的信息（而非能量）通过高效通信手段传回地面，实现“太空发电—星上处理—信息传输—地面应用”。
这种模式的优势在于，将太空能源的主要定位从“能量供给”转向“信息与能源协同供给”。信息传输的效率高于能量传输，损耗低，且无需建设复杂的地面能量接收系统，可降低太空能源开发成本与技术门槛。
进一步的突破在于人工智能快速发展带来的太空能算协同增效的技术场景运用。海量人工智能算力的运行需要高质量能源供给。太空太阳能年等效发电时长可达8000小时，约为地面光伏的5~8倍，可为大规模算力部署提供能源支撑。
同时，太空还具有约-270℃的天然终极热沉，可将数据中心的能源使用效率（PUE）降至1.0的理论极限，相比于地面数据中心1.4的平均PUE，可节省90%以上的冷却能耗。尽管在真空环境中，传统的热传导和对流失效，系统能依靠的散热方式主要是热辐射，但通过高效导热通路和高温辐射散热器设计以及包含先进光学涂层、仿生与智能结构、相变材料应用等的一整套综合性的热管理系统将有可能解决这一技术问题。
柔性薄膜、钙钛矿等光伏新技术开发改变了传统光伏电池板笨重、折叠构件复杂、抗辐射能力弱等瓶颈。太空运输和在轨组装技术成为实现太空电站和算力中心建设的关键环节。可重复使用火箭技术的发展使得将大量组件送入太空变得更加经济可行。这些也为太空能源规模化部署带来曙光，激光通信技术的成熟应用则为太空能算协同这一模式提供了通路。
此外，传统模式下的卫星等太空设施主要承担数据采集功能，需将海量原始数据通过通信链路回传地面，再由地面数据中心进行处理和分析。随着全球在轨卫星总数的急速增加，这种模式面临两大瓶颈：其一，低轨卫星星座产生的遥感数据量越来越大，数据传输成为制约效率的瓶颈；其二，地面数据中心面临能耗和碳排放高、散热难、用地紧张、时空资源错配等发展瓶颈，难以满足人工智能时代对算力的无限渴求。
“天数天算”模式的出现，为破解这些瓶颈提供了全新思路和技术路径。该模式将数据处理、存储与智能分析能力直接部署到太空轨道，通过卫星、空间站等载体构建分布式计算节点，使太空设施从单纯的数据采集终端转变为具备自主决策能力的“在轨智能体”，从而不需再将原始数据全部传回地面，而是在轨道上完成数据实时处理、目标识别与信息筛选，仅将高价值的“词元”（Token）或处理结果传回地面，大幅降低数据传输的带宽压力。
主要国家太空能源战略布局
太空能源正成为大国太空战略布局重要组成部分，更是大国争夺未来人工智能算力竞争主动权的重要基础设施。各国纷纷出台专项战略、加大研发投入、推动技术突破。
美国在太空能源领域的布局起步最早、投入最大。
在战略层面，美国将太空能源纳入国家太空战略重要内容，通过多项专项计划明确发展目标。美国国家航空航天局（NASA）将柔性薄膜和钙钛矿光伏技术列为下一代空间能源体系支柱，写入《2023-2032年行星科学和天体生物学十年战略》与《航天技术路线图与优先发展技术》，旨在开发可耐受极端温变与强辐射环境的能源系统，支撑月球与火星基地建设，计划通过太空原位资源利用技术，实现地外能源自主供给。
在技术研发层面，美国聚力推动技术突破，打造集科研、产业与国家安全于一体的下一代太空创新高地，支持商业企业参与太空能源领域研发与应用，形成从核心材料、器件制造到系统集成、应用服务的完整产业链。
英伟达2026年3月发布专为太空环境设计的Space-1 Vera Rubin模块。Swift Solar正开发钙钛矿-硅串联电池。太空探索技术公司（SpaceX）的可重复使用火箭技术不断成熟，发射成本有望降至1700美元/公斤左右。未来随着技术迭代，其发射成本有望跌破200美元/公斤。SpaceX还聚焦太空算力与能源协同发展，计划部署百万级卫星轨道数据中心，与旗下人工智能企业xAI公司联合建设太空芯片工厂，并计划将80%算力部署至轨道。SpaceX的“星链”卫星星座自2021年起便采用星间激光终端，构建轨道网状网络，实现太空数据实时路由。
欧洲通过欧洲航天局的统筹协调，侧重于通过联合成员国科研力量与企业，夯实天基能源系统技术根基。
在战略层面，欧洲将太空能源纳入欧盟旗舰科学项目“地平线欧洲”计划，设立空间光伏专项，支持跨国研发，为未来高比功率、轻量化的天基能源系统奠定基础。
欧洲空间局正联合德国、法国、意大利等成员国科研团队，测试提升电池抗辐射、抗温变能力，共同攻克超大型高效散热系统等技术瓶颈，在关键技术攻关、标准制定和资源共享方面开展合作。
德国Mynaric公司在激光通信技术领域具有优势，其研发的空对地激光通信终端，注重解决大气干扰问题，通过多地面站布局，克服云层、湍流对激光传输的影响，为太空信息传输提供技术支撑。法国科研团队则聚焦钙钛矿电池的材料创新，提升电池效率与稳定性，推动技术的工程化应用。
中国近年来在太空能源领域布局逐步提速，构建自主可控的太空能源体系，努力实现从“跟跑”到“领跑”的跨越。
在战略层面，中国将太空能源发展融入航天强国建设和国家“双碳”战略。
在技术研发层面，中国聚焦柔性薄膜光伏、激光通信等核心技术，实现了多项突破：柔性薄膜光伏电池效率多次刷新世界纪录；实现近地轨道与地面间10Gb/s的激光连接，推动太空信息传输技术发展；“三体计算星座”实现灾害监测秒级预警；完成全球首次“太空AI指挥地面机器人”闭环测试。同时，加速推进核心供应链自主可控，完成高纯前驱体、新型轻质电极、特种功能膜材及航天级超薄柔性玻璃等关键材料国产化验证，破解“卡脖子”技术难题。
中国还谋划在“十五五”时期推动吉瓦级太空数智基础设施建设，致力于构建云边端一体的新型太空体系架构，实现100Gb/s以上及更高传输速率，还与多个国家和国际组织开展太空能源技术合作，共建星地/星间激光通信网络。
尽管主要大国在发展太空能源方面已积累较好基础，但不可否认的是，作为新兴领域，太空能源和算力协同布局仍面临技术、经济与系统工程层面的多重挑战。
在技术层面，高性能抗辐射芯片、超大型高效散热系统和可靠的星间网络是三大核心瓶颈。太空环境中的高能粒子辐射对芯片性能构成威胁，而缺乏空气和水的散热环境，使得高密度算力单元产生的热量只能通过热辐射方式向深空释放，这对散热系统的设计提出了极高要求。
在经济层面，太空能源设施建设、发射和运维成本高昂，其商业化之路仍需跨越成本与收益平衡难题。
在系统工程层面，大规模在轨算力网络构建涉及能源供给、数据吞吐、轨道部署、在轨运维等多个复杂环节的高度耦合，是一个极具挑战的系统工程。
今后，应加大在抗辐射芯片、高效散热技术等关键领域研发投入，通过技术试验卫星等方式积累工程经验，逐步向大规模星座系统演进。同时，积极探索太空能源和算力协同在遥感服务、应急通信、智慧城市等领域的高价值应用场景，以市场需求为导向，加速技术迭代和商业化闭环。通过这些努力，太空零碳能源有望为人类探索宇宙、实现可持续发展提供动力，开启一个全新的“天算时代”。
未来发展趋势
展望未来，太阳能卫星与空间站将实现更高效的能量收集与传输，为在轨算力设施提供更稳定能源支持，同时太空核聚变燃料的研究也将持续推进，为深空探索和天基产业发展提供长效能源解决方案。
随着技术研发不断突破和产业链合作日益成熟，太空能源将逐步从概念走向规模化应用，成为支撑全球可持续发展的重要基础设施，并催生出全新服务模式和产业生态。
推进太空能源持续发展，仍需重点围绕轻量化高效光伏技术、激光通信技术、太空电算协同技术三大方向实现突破，从而进一步提升太空能源利用效率、降低开发成本，为规模化发展奠定基础。
太空原位制造技术将逐步成熟，能够实现太空能源设备在轨组装与维修，降低发射成本与维护成本，推动太空能源规模化部署。
星载芯片的抗辐射能力、算力性能将持续提升，空天地一体化算力网络将逐步建成，实现“天地同算”“天数天算”，推动AI大模型在轨部署。如同当前的全球导航卫星系统（GNSS）已经广泛应用于日常生产生活一样，太空能源驱动的空天地一体化算力网络若逐步建成，将为AI大模型、自动驾驶、量子计算等前沿技术发展提供稳定、高效、零碳、智能的算力支撑。
在深空探测领域，太空能源可望为月球基地、火星基地建设提供能源支撑，实现地外能源自主供给，推动人类深空探测从“探测”向“定居”转变。
此外，太空能源还将在全球气候治理、精准农业、跨境通信等领域发挥更加重要的作用，为解决全球性发展难题提供全新路径。
太空能源已成为全球大国在空间、环境、信息和智能领域综合竞争的新高地，各国将进一步加大战略投入，抢占太空能源技术制高点、频轨资源与产业主导权，商业航天企业也将成为太空能源产业发展的重要力量。国际社会需要加强合作，共同制定该领域的技术标准与规范，建立透明、公平的国际合作与竞争规则，避免太空资源无序争夺，推动太空能源可持续发展。
（作者为中国环境科学学会碳达峰碳中和分会副主任委员兼秘书长）■