В начале месяца Илон Маск объявил, что две его компании — SpaceX и xAI — объединялись и совместно запустят группировку из 1 миллиона спутников для работы в качестве орбитальных дата-центров. Репутация Маска может говорить об обратном, но, по мнению экспертов, такой план не является полной фантастикой. Однако, если он будет реализован в предложенном масштабе, некоторые из них считают, что это будет иметь разрушительные последствия для окружающей среды и устойчивости низкой околоземной орбиты.
Маск и другие утверждают, что размещение дата-центров в космосе практично, учитывая, насколько более эффективны солнечные панели вдали от земной атмосферы. В космосе нет облаков или погодных явлений, заслоняющих солнце, а на правильной орбите солнечные панели могут собирать солнечный свет большую часть дня. В сочетании со снижением стоимости запуска ракет и цены на электроэнергию для дата-центров с ИИ на Земле, Маск заявил, что через три года космос станет самым дешевым способом получения вычислительной мощности для ИИ.
Перед объявлением миллиардера SpaceX подала заявку из восьми страниц в Федеральную комиссию по связи с описанием своего плана. Компания надеется разместить спутники в этой массивной группировке на высотах от 500 км до 2000 км. Они будут обмениваться данными друг с другом и с группировкой Starlink SpaceX с помощью лазерных «оптических каналов связи». Эти спутники Starlink затем будут передавать запросы на вывод и результаты обратно на Землю. Для обеспечения всей этой работы SpaceX предложила разместить новую группировку на солнечно-синхронной орбите, что означает, что космические аппараты будут летать вдоль линии, разделяющей день и ночь на планете.
Что придется пережить дата-центру на орбите
Почти сразу план был встречен со скептицизмом. Как, например, SpaceX будет охлаждать миллионы GPU в космосе? На первый взгляд, это может показаться странным моментом — большая часть космоса имеет температуру около -267 градусов по Цельсию — но реальность сложнее. В почти вакууме космоса единственный способ рассеять тепло — это медленно излучать его, а под прямыми солнечными лучами объекты могут легко перегреться. Как точно выразился один комментатор на Hacker News: «спутник — это, если что-то и есть, то это отличный термос».
Скотт Мэнли, который до создания одного из самых популярных каналов, посвященных космосу на YouTube, был инженером-программистом и изучал вычислительную физику и астрономию, утверждает, что SpaceX уже решила эту проблему в меньшем масштабе с помощью Starlink. Он указывает на последнюю модель V3 компании, которая имеет около 30 квадратных метров солнечных панелей. «В середине у них есть куча электроники, которая преобразует эту энергию и выполняет с ней различные задачи. Часть этой энергии излучается в виде радиоволн, но есть много тепловой энергии, которая генерируется, а затем должна рассеиваться. Так что у них уже есть платформа, которая работает на электронике, питаемой энергией, и поэтому не составит большого труда превратить ее во что-то, выполняющее вычисления».
Кевин Хикс, бывший системный инженер NASA, работавший над миссией марсохода Curiosity, настроен более скептически. «Спутники, основной целью которых является обработка больших объемов вычислительных запросов, будут генерировать больше тепла, чем практически любой другой тип спутника», — сказал он. «Охлаждение — это еще один аспект конструкции, который теоретически возможен, но потребует огромного количества дополнительных усилий и сложности, и у меня есть сомнения в долговечности такой системы охлаждения».
Что насчет радиации? Не зря NASA использует устаревшее оборудование, такое как процессор PowerPC 750, установленный в марсоходе Perseverance: старые чипы имеют более крупные транзисторы, что делает их более устойчивыми к «переворачиванию битов» — ошибкам обработки, чаще всего вызываемым космической радиацией, — которые могут повредить вычисления. «Двоичные единицы и нули означают наличие или отсутствие электронов, а количество заряда, необходимое для представления «единицы», уменьшается по мере того, как транзисторы становятся все меньше и меньше», — объясняет Бенджамин Ли, профессор компьютерных и информационных наук Пенсильванского университета. Космос полон заряженных частиц, движущихся с невероятной скоростью, а новейшие GPU изготовлены на самых маленьких и передовых технологических узлах для создания кремния с высокой плотностью транзисторов. Не самое удачное сочетание.
«Меня беспокоит радиация, потому что мы не знаем, сколько «переворачиваний битов» произойдет при развертывании самых передовых чипов и сотен гигабайт памяти там», — сказал профессор Ли, ссылаясь на предварительные исследования Google по этому вопросу. В рамках Project Suncatcher, их собственного проекта по изучению жизнеспособности космических дата-центров, компания поместила один из своих TPU Trillium перед протонным пучком, чтобы подвергнуть его радиационному облучению. Было обнаружено, что кремний «удивительно устойчив к радиации для космических применений».
Хотя эти результаты были обнадеживающими, профессор Ли отмечает, что мы просто не знаем, насколько устойчивы GPU к радиации в таком масштабе. «Даже несмотря на то, что современные компьютерные архитектуры могут обнаруживать и иногда исправлять ошибки, необходимость делать это снова и снова замедлит или увеличит накладные расходы на космические вычисления», — сказал он.
Космический инженер Эндрю МакКэлип, который провел глубокий анализ экономики орбитальных дата-центров, более оптимистичен, указывая на естественную устойчивость моделей ИИ. «Они не требуют 100% идеальной безошибочной работы. Они по своей природе очень шумные, очень стохастические», — объясняет он, добавляя, что частью обучения современных систем ИИ является «введение случайного шума в различные слои«.
Даже если SpaceX сможет защитить свои GPU от радиации, компания все равно будет терять спутники из-за поломки GPU. Если вы что-то знаете о дата-центрах на Земле, то знаете, что они требуют постоянного обслуживания. Компоненты, такие как SSD и GPU, постоянно выходят из строя. Маск утверждал, что спутники ИИ SpaceX потребуют «незначительных» эксплуатационных расходов или затрат на обслуживание. Это верно только в том случае, если принять самое узкое возможное толкование того, что подразумевает обслуживание парка спутников ИИ.
«Я думаю, что нет ни одного случая, когда ремонт имел бы смысл. Это сценарий «летай, пока не умрет»», — говорит МакКэлип. С экономической точки зрения МакКэлип утверждает, что прогнозируемая частота выхода из строя GPU в космосе представляет собой «одну из самых больших неопределенностей» модели орбитальных дата-центров. МакКэлип оценил эту цифру в девять процентов на основе исследования, опубликованного Meta после выпуска ее модели Llama 3 (которая, кстати, измеряла сбои оборудования на Земле). Но на самом деле никто не знает, какой будет частота отказа этих чипов, пока они не окажутся в космосе.
Орбитальные дата-центры, вероятно, не будут прямой заменой своих земных аналогов. В заявке SpaceX конкретно упоминается вывод (inference) как основное назначение новой группировки. Вывод — это практическая сторона работы системы ИИ. Она заключается в том, что модель применяет свои знания к данным, которые она раньше не видела, например, к запросу, который вы вводите в ChatGPT, для прогнозирования и генерации контента. Другими словами, модели ИИ по-прежнему придется обучать на Земле, и неясно, может ли этот процесс быть переложен на группировку спутников. «Моя первоначальная мысль заключается в том, что вычисления, требующие большой координации, такие как обучение ИИ, могут оказаться сложными для правильной реализации в масштабе там», — говорит профессор Ли.
Синдром Кесслера
В 1978 году два ученых NASA предложили сценарий, при котором низкая околоземная орбита может стать настолько плотной от космического мусора, что столкновения между этими объектами начнут каскадно распространяться. Этот сценарий известен как синдром Кесслера.
По одной из оценок сайта отслеживания спутников Orbiting Now, количество объектов на орбите вокруг планеты составляет примерно 15 600. По другой оценке NASA, на орбите Земли находится 45 000 объектов, созданных человеком. Независимо от числа, то, что в настоящее время находится на орбите, составляет лишь часть из 1 миллиона дополнительных спутников, которые хочет запустить Маск.
По словам Аарона Боули, профессора физики и астрономии Университета Британской Колумбии и содиректора Института космического пространства, перспективное моделирование орбиты Земли выше 700 километров — где будет располагаться часть предложенной группировки SpaceX — предполагает, что эта область космоса уже демонстрирует признаки синдрома Кесслера.
Хотя мусор на низкой околоземной орбите рассеивается быстрее, профессор Боули говорит, что в этом регионе космоса уже достаточно материала, чтобы вызвать каскадный эффект от крупного столкновения. В худшем случае на очистку от мусора может потребоваться десятилетие. Это, в свою очередь, может привести к сбоям в глобальных коммуникациях, миссиях по мониторингу климата и многому другому.
«Вы можете достичь точки, когда вы просто запускаете материал, и можете спросить себя, сколько спутников вы можете позволить себе потерять? Можете ли вы восстановить свою группировку быстрее, чем вы теряете ее части из-за мусора?» — говорит Боули. «Это ужасное будущее с точки зрения окружающей среды». В частности, это ограничит возможности для пилотируемых полетов на низкую околоземную орбиту. «Можете ли вы там работать? Да, но это будет сопряжено с растущими затратами», — добавляет Боули.
«Весь мир борется с проблемой безопасных полетов нескольких мега-группировок», — говорит Ричард ДалБелло, который ранее руководил Системой координации космического движения (TraCSS) при Министерстве торговли США. В настоящее время не существует общей глобальной системы ситуационной осведомленности о космосе (SSA), и правительства и операторы спутников используют несогласованные национальные и коммерческие системы, которые, вероятно, дают разные результаты. В начале года SpaceX снизила орбиту тысяч спутников Starlink после того, как один из них чуть не столкнулся с китайским спутником.
У SpaceX есть собственная система SSA под названием Stargaze, которую она использует для управления своими более чем 7000 спутниками Starlink. По словам Дал Белло, конкурирующие операторы могут получать данные SSA от SpaceX, но для этого они должны делиться информацией о местоположении своих спутников. «При условии обмена данными, вероятно, Stargaze сможет внести важный вклад в безопасность космических полетов», — говорит Дал Белло. «SpaceX, скорее всего, добьется успеха с американскими и другими коммерческими операторами, но без помощи федерального правительства другие правительства, особенно Китай, вероятно, не захотят делиться своими данными о спутниках и SSA».
По словам Дал Белло, администрация Байдена не смогла добиться значительного прогресса в создании системы TraCSS следующего поколения, отчасти из-за нежелания Конгресса финансировать программу. Тем временем нынешняя администрация Трампа не проявляет интереса к продвижению работ, которые начались в первый срок президентства.
Даже если нормативная ситуация внезапно изменится и правительства мира согласуются на международной системе SSA, запуск SpaceX 1 миллиона спутников вдоль терминатора дня и ночи фактически монополизирует одну из самых ценных и важных орбит Земли. Профессор Боули утверждает, что мы должны рассматривать орбиты нашей планеты как ресурс, принадлежащий всем. «Каждый раз, когда вы запускаете спутник, вы используете часть этого ресурса. Теперь кто-то другой не может им воспользоваться».
И, как указывает Хикс, даже один каскад столкнувшихся спутников сделает это пространство непригодным для научных исследований. «Придется ждать годы, пока этот мусор медленно вернется в атмосферу и сгорит. А пока этот мусор занимает пространство, которое могло бы быть использовано для миссий по мониторингу климата или любых других миссий, которые хотят запустить правительства».
Удар по атмосфере
Отдельно постоянная череда запусков Starship и возвращение отработавших спутников может оказать потенциально серьезное влияние на атмосферу нашей планеты. «Мы не готовы к этому», — прямо говорит Боули о последнем. «Мы не готовы к тому, что происходит сейчас, а то, что происходит сейчас, уже потенциально плохо».
Согласно » базовой математике» Маска, SpaceX может ежегодно добавлять 100 гигаватт вычислительной мощности ИИ, запуская миллион тонн спутников в год. МакКэлип оценивает, что только для создания мощности в 100 гигаватт потребуется около 25 000 полетов Starship.
Многие металлы, содержащиеся в спутниках, включая алюминий, магний и литий, в сочетании с выхлопами, которые ракеты выбрасывают в атмосферу, могут иметь сложные последствия для здоровья планеты. Например, они могут влиять на образование полярных облаков, которые, в свою очередь, могут способствовать разрушению озонового слоя посредством химических реакций, происходящих на их поверхности. По словам Боули, проблема в том, что мы просто не знаем, насколько серьезными могут стать эти факторы окружающей среды в масштабе, предложенном Маском, а SpaceX предоставила нам очень мало деталей о своих планах по смягчению последствий. Все, что она сказала, это то, что ее план «достигнет трансформационной экономии затрат и энергии, значительно снизив воздействие на окружающую среду, связанное с наземными дата-центрами».
Даже если SpaceX сможет и будет прилагать усилия для смягчения атмосферных последствий постоянных ракетных запусков, эти космические аппараты по-прежнему придется производить здесь, на Земле. На одной из своих предыдущих должностей Хикс изучал ракетные выбросы и обнаружил, что цепочки поставок, необходимые для их производства, генерируют «на порядок» больше выбросов углерода, чем сами ракеты.
SpaceX планирует запускать свои новые спутники на солнечно-синхронную орбиту, что означает, что большую часть года они будут освещены солнцем. Каждое новое поколение Starlink становилось крупнее и тяжелее предыдущего, при этом SpaceX заявила в недавней заявке, что их предстоящая модель V3 может весить до 2000 килограммов, по сравнению с 575 килограммами V2 Mini Optimized. Хотя мы не знаем точные размеры гипотетических спутников ИИ компании, они почти наверняка будут крупнее своих аналогов Starlink.
SpaceX сделала больше, чем большинство операторов космических аппаратов, для уменьшения яркости своих спутников, но профессор Боули говорит, что ожидает, что эта новая группировка будет «поразительно яркой» при движении по ночному небу. В совокупности, по его оценкам, они почти наверняка будут вредны для научных исследований на Земле, ограничивая возможности наземных обсерваторий.
«Вы будете видеть их невооруженным глазом. Вы будете видеть их камерами. Это будет похоже на жизнь рядом с аэропортом, где вы видите все эти объекты, пролетающие сразу после заката и в течение пары часов после заката», — говорит Мэнли. «Я не знаю, хочу ли я, чтобы весь мой закат состоял из полосы постоянно пролетающих спутников».
Есть веские причины для того, чтобы некоторые космические аппараты были способны выполнять инференс ИИ. Например, профессор Ли предполагает, что это сделает орбитальные спутники-имиджеры более полезными, поскольку эти космические аппараты смогут проводить анализ на месте, вместо того чтобы отправлять файлы высокого разрешения на большие расстояния, экономя время. Но, как говорится, доза делает яд.
«Существует большой энтузиазм по поводу многочисленных возможностей, которые постоянный доступ к космосу может принести обществу и человечеству, но обещание процветания не является разрешением на безрассудство», — говорит он. «В данный момент мы позволяем этому энтузиазму затмить более взвешенное развитие […] эти воздействия затрагивают не только внешний космос, но и Землю».
