先说第一个核心判断：太空能源这件事，正在经历一场根本性的模式转变。它不再只是科学家们脑海里的“星际石油”远景，而是正在变成支撑未来AI算力竞争的关键基础设施——说白了，谁在太空能源上占得先机，谁就在下一轮算力博弈中握住了主动权。

过去我们聊太空能源，主要说的是太阳能、月球上的氦-3这些资源，目标是为卫星、空间站和深空探测器提供动力，甚至幻想有一天能给地球供电。但现在，随着新能源技术的突破和AI算力需求像坐火箭一样飙升，太空能源的内涵被彻底刷新了——它不再只是收集能量，而是要跟海量信息处理、数据价值创造深度融合，催生出一个新概念：“太空算力”。

文 | 柴麒敏

从理论构想迈向技术验证

这几年，航天、光伏、通信、无线输电这些技术一个接一个地突破，让太空能源开发终于从纸上谈兵进入了技术验证阶段，甚至开始试探商业化的边缘。

传统的思路是“太空采集—能量传输—地面利用”，就是建个太空太阳能电站，把电用微波或激光传回地球。这个模式听起来很酷，但传输效率低、成本高得吓人、技术难度也大，所以一直停留在理论和小规模试验阶段。

真正的突破发生在模式上：用“信息传输”替代“能量传输”。简单说，就是短期内不再执着于把能量直接传回地面，而是在太空就把能量转化成数据处理能力，然后把高价值的信息（而不是能量）通过高效的通信手段传回来。这样一来，太空能源的角色就从“能量供给”变成了“信息与能源协同供给”。信息传输比能量传输效率高、损耗低，还不需要建复杂的地面接收站，成本和门槛都降下来了。

而更关键的突破，是AI的快速发展带来的“太空能算协同”场景。海量AI算力运行需要高质量能源，太空太阳能年等效发电时长可达8000小时，是地面光伏的5到8倍。同时，太空还有约-270℃的天然终极热沉，理论上能把数据中心的能源使用效率（PUE）压到1.0，相比地面数据中心平均1.4的PUE，能省下90%以上的冷却能耗。当然，在真空环境下，传统热传导和对流都失效了，只能靠热辐射散热，但通过高效导热通路、高温辐射散热器设计，再加上先进光学涂层、仿生结构、相变材料这些综合手段，这个问题是有解的。

柔性薄膜、钙钛矿等新型光伏技术也在改变局面，传统光伏电池板笨重、折叠复杂、抗辐射能力弱的老大难问题正在被解决。太空运输和在轨组装技术成了建设太空电站和算力中心的关键，可重复使用火箭技术让大规模送组件上天变得更加经济可行。激光通信技术的成熟，更是为“太空能算协同”模式铺平了道路。

还有一个背景值得注意：过去卫星这类太空设施主要是采集数据，然后通过通信链路把海量原始数据传回地面，由地面数据中心处理。但随着全球在轨卫星数量暴增，问题来了：一是低轨星座产生的遥感数据越来越大，数据传输成了效率瓶颈；二是地面数据中心能耗高、散热难、用地紧张、时空资源错配，根本跟不上AI时代对算力的无限渴求。

于是，“天数天算”模式应运而生——把数据处理、存储和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，让太空设施从单纯的数据采集终端变成能自主决策的“在轨智能体”。这样一来，就不需要把原始数据全部传回地面了，在轨道上就能实时处理、识别、筛选，只把高价值的“词元”或处理结果传回，大幅降低带宽压力。

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的重要组成部分，更是争夺未来AI算力竞争主动权的基础设施。各国都在出专项战略、加大研发投入、推动技术突破。

美国起步最早、投入最大。战略上，太空能源被纳入国家太空战略，NASA把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，写进了《2023-2032年行星科学和天体生物学十年战略》和《航天技术路线图》，目标是开发能耐受极端温变和强辐射的能源系统，支撑月球和火星基地建设。技术研发上，美国在推动从核心材料到系统集成的完整产业链，英伟达2026年3月发布了专为太空设计的Space-1 Vera Rubin模块，Swift Solar在开发钙钛矿-硅串联电池。SpaceX的可重复使用火箭技术不断成熟，发射成本有望降到1700美元/公斤左右，未来甚至可能跌破200美元/公斤。SpaceX还在聚焦太空算力与能源协同，计划部署百万级卫星轨道数据中心，与旗下xAI公司联合建设太空芯片工厂，打算把80%算力部署到轨道上。其“星链”卫星星座自2021年起就用上了星间激光终端，构建了轨道网状网络。

欧洲则通过欧洲航天局统筹协调，侧重联合成员国科研力量和企业，夯实天基能源系统的技术根基。战略上，太空能源被纳入欧盟“地平线欧洲”计划，设立了空间光伏专项。欧洲空间局正联合德国、法国、意大利等国的科研团队，测试提升电池抗辐射、抗温变能力，攻克超大型高效散热系统等技术瓶颈。德国Mynaric公司在激光通信技术上有优势，其空对地激光通信终端注意解决大气干扰问题。法国科研团队则聚焦钙钛矿电池的材料创新。

中国近年来布局逐步提速，目标是构建自主可控的太空能源体系，实现从“跟跑”到“领跑”的跨越。战略上，太空能源发展融入了航天强国建设和国家“双碳”战略。技术研发上，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；近地轨道与地面间实现10Gb/s的激光连接；“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，高纯前驱体、新型轻质电极、特种功能膜材、航天级超薄柔性玻璃等关键材料也完成了国产化验证。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，构建云边端一体的新型太空体系架构，实现100Gb/s以上传输速率，并与多个国家和国际组织合作共建星地/星间激光通信网络。

但必须正视的是，作为新兴领域，太空能源和算力协同布局仍面临多重挑战。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。太空高能粒子辐射对芯片性能是巨大威胁，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向深空释放，对散热系统设计提出极高要求。经济层面，建设、发射和运维成本高昂，商业化之路还需要跨越成本与收益平衡的难题。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、在轨运维等多个环节的高度耦合，是个极具挑战的系统工程。

今后，应该加大在抗辐射芯片、高效散热技术等关键领域的研发投入，通过技术试验卫星积累工程经验，逐步向大规模星座系统演进。同时，要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，用市场需求倒逼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，太阳能卫星和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的能源支持。同时，太空核聚变燃料的研究也会持续推进，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、产业链合作日益成熟，太空能源将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，催生出全新的服务模式和产业生态。

推进太空能源持续发展，重点还是要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突破，进一步提升利用效率、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，实现设备在轨组装与维修，降低发射和维护成本，推动规模化部署。星载芯片的抗辐射能力和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。就像今天全球导航卫星系统（GNSS）已经广泛应用于日常生产生活一样，未来太空能源驱动的空天地一体化算力网络，将为AI大模型、自动驾驶、量子计算等前沿技术提供稳定、高效、零碳、智能的算力支撑。

在深空探测领域，太空能源有望为月球基地、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重要力量。国际社会需要加强合作，共同制定技术标准与规范，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）■