一、前言

隨著雲端服務、人工智慧與高效能運算等應用日益普及，資料中心的建置規模與算力需求持續增加。2023 年全球資料中心容量需求已達 60 GW，並預期於 2030 年前成長至 219 GW。然而，地面資料中心在迅速擴張的過程中，逐漸面臨電力供應、冷卻技術、土地取得與碳排放管理等多重挑戰。在此背景下，太空資料中心(In-Orbit Data Centers)之概念逐漸受到重視。太空環境可提供連續而穩定的太陽能來源，並可利用真空與極端溫差進行被動散熱，進而免除地面電網與高耗能冷卻系統的負擔。同時，軌道部署不受地面空間限制，可突破現有資料中心在規模與土地利用上的瓶頸。雖然太空資料中心目前仍需克服資料傳輸延遲、發射成本與維護難度等挑戰，但其未來具備發展成為支持全球運算需求之關鍵基礎設施的潛力。根據 BIS Research 的市場預測，2029年太空資料中心市場規模將達到17.8億美元，2035年將進一步成長至52.9億美元，年均複合成長率(CAGR)約為 19.9%。以下將針對太空資料中心技術需求、應用範疇與代表性案例進行介紹。

二、技術需求

太空資料中心的建設，涉及跨領域技術的高度整合。其核心技術包括：低軌 (Low Earth Orbit, LEO)衛星、高空平台系統(High-Altitude Platform Systems, HAPS)、光學衛星間通訊(Optical Inter-Satellite Links, OISL)、太空級太陽能板與太空級抗輻射電子元件。以下將分別說明各項技術的功能與重要性(技術摘要可參閱圖一)。

(一) 低軌衛星
目前全球約有 5,000 顆低軌道衛星在 500 至 1,500 公里的高度運行，廣泛應用於地球觀測、氣象預報、寬頻網路和工業物聯網。低軌衛星具備低延遲、高資料傳輸量與高頻寬等特性，能提供高速且穩定的資料傳輸環境，使在太空端進行資料處理與分析具備可行性。隨著低軌衛星系統部署規模持續擴大，將成為支持太空資料中心發展的重要基礎，並推動太空邊緣運算、即時分析及太空資訊基礎架構之建置。

(二) 高空平台系統(HAPS)
高空平台系統(HAPS)部署於平流層約 17 至 20 公里高度，屬於低能耗且具永續特性的空中通訊與運算平台。在太空資料中心架構中，HAPS 可作為地面與軌道之間的中繼節點，降低太空資料中心的通信與運算負載，提升資料傳輸效率與整體通訊能力，同時也能支援環境監測、災害應變與軍事作業等需要即時判斷的應用。

(三) 光學衛星間通訊(OISL)
光學衛星間通訊透過雷射在衛星之間傳輸資料，相較於傳統射頻(RF)通訊技術，具備較高頻寬、較低延遲與較佳的安全性，適合處理地球觀測、人工智慧運算與即時分析等應用所產生的大量資料。近年來，低軌道(Low Earth Orbit, LEO)、中軌道(Medium Earth Orbit, MEO)與地球同步軌道(Geostationary Earth Orbit, GEO)等衛星系統正逐步導入光學通訊技術，以建構跨軌道的全球衛星通訊網路。
在太空資料中心架構中，OISL可於衛星間形成光學通訊網絡，使軌道端資料處理更具即時性、安全性與效率，並降低對地面站的依賴。同時，該技術亦可強化整體系統之備援能力，即使部分節點或通訊鏈路受到干擾，仍能維持穩定連線。隨著量子加密與自適應光學(Adaptive Optics，用以自動修正光束在大氣或太空中的偏移與失真)等相關技術持續發展，OISL 將成為太空資料中心進行大規模且安全資料傳輸的重要基礎。

(四) 太空級太陽能板
太空級太陽能板是衛星、太空器與新興太空基礎設施的主要能源來源。地面大型資料中心往往需消耗超過 100 MW 的電力，對能源供應體系與環境永續造成顯著負擔。相較之下，太空環境具備無遮蔽且不受天候影響之特性，可提供連續且穩定的日照，使資料中心得以在不仰賴地面電網的情況下取得所需電力，並以相對較低的環境成本進行運算作業。
目前美國新創公司Starcloud (公司介紹詳見後文代表性案例)正規劃建置大規模太空太陽能基礎設施，以支援太空資料中心之運算電力需求，目標在於大幅降低人工智慧訓練的能源成本，並使其碳排放顯著低於地面資料中心。

(五) 太空級抗輻射電子元件
抗輻射電子元件與設備是維持太空資料中心長期穩定運作的必要條件，能避免資料傳輸與運算過程受到太空環境干擾，並降低硬體故障風險。目前，Renesas、BAE Systems 與 Honeywell 等公司正開發抗輻射處理器、記憶體與電源管理系統，用於中軌(MEO)、地球同步軌道(GEO)與深空任務。NASA、歐洲太空總署(ESA)與多家太空企業也投入下一代抗輻射半導體，包括抗輻射塑膠封裝、氮化鎵(GaN)元件與高容錯設計，以提升電子設備在太空中的可靠度與耐受性。

三、應用範疇

太空資料中心之應用範疇廣泛，以下將針對衛星影像分析、太空船遙測監控與衛星導航系統、行星探測資料分析及太空天氣預報等應用進行說明。

(一) 衛星影像分析
太空資料中心可將衛星取得之影像與相關資訊即時進行處理與分析，從中擷取重要資訊並辨識關鍵特徵，再將整理後的結果傳至地球，使衛星無需傳輸大量原始資料至地面端即可完成任務。此方式可大幅提升資料處理效率，並降低頻寬需求與網路負載，同時提升整體運作效能。

(二) 太空船遙測監控與衛星導航系統
太空船遙測監控係蒐集並傳輸太空船狀態與性能相關資料至地面控制站，使操作人員得以掌握系統健康狀況、環境參數與運作指標，並進行診斷與指令下達。而衛星導航系統則透過衛星網路發送無線電訊號，提供全球定位、導航及時間同步與校正服務。太空資料中心可強化上述任務之資料處理能力，並降低對地面端的依賴，特別適用於需即時判斷與回應之任務情境，如衛星健康監控、軌跡追蹤等。

(三) 行星探測資料分析
行星探測資料分析係針對太空任務於行星、衛星、小行星與彗星等天體所蒐集之資料進行檢視與解析。導入太空資料中心後，相關資料可於太空端直接完成處理與分析，使任務團隊得以更即時掌握狀況並做出判斷，並可作為多項太空任務之資料中繼與分散式運算節點，進一步提升行星探測工作的整體效率與作業效能。

(四) 太空天氣預報
太空天氣預報為針對地球周遭的太空環境變化進行預測，以提前掌握太陽風暴等太空現象對衛星、電力系統與通訊網路造成的潛在干擾。太空資料中心可直接在太空天氣來源的位置即時進行資料處理與分析，以提升預報精準度並降低資料傳輸延遲，使相關基礎設施得以更快速做出因應調整。

四、代表性案例

(一) 以太空環境優勢為基礎的永續算力部署方案
開發/主導單位：歐洲Thales Alenia Space
Thales Alenia Space 為歐洲重要的太空系統與衛星研發企業，長期參與歐盟相關太空研究與技術發展計畫。該公司在歐盟 Horizon Europe 計畫支持下主導 ASCEND(Advanced Space Cloud for European Net zero emission and Data sovereignty) 計畫，旨在比較太空資料中心和地基資料中心對環境的影響，並驗證在軌道上開發、部署和營運資料中心的技術可行性，其長期目標為於 2050 年前部署1 GW規模的太空資料中心。
根據 Thales Alenia Space 於 2024 年發布之消息，ASCEND 計畫已初步驗證，在發射載具具備可重複使用特性，且其全生命週期碳排放量獲得顯著優化之前提下，太空資料中心於整體碳足跡表現上可望優於地基資料中心，並確認此類低碳發射載具具備初步可行性。同時，太空資料中心無須使用水冷系統進行散熱，在全球乾旱情形日益加劇的背景下，具備關鍵環境優勢。後續，Thales Alenia Space 規劃自 2026 年起展開以機器人技術組裝太空基礎設施之驗證任務，以逐步建立相關核心能力。

(二) 商用硬體於太空環境執行資料中心級運算之驗證
開發/主導單位：美國 Hewlett Packard Enterprise(HPE)
美國Hewlett Packard Enterprise(HPE)自 2021 年起與美國太空總署(NASA)合作推動 Spaceborne Computer-2 計畫，旨在驗證商用電腦於太空環境中執行資料中心級運算之可行性。該系統採用經強化之商用電腦設備，可於軌道環境中執行高效能運算(HPC)與人工智慧(AI)推論等多項任務。
計畫測試結果顯示，該商用電腦可於太空環境下穩定支援地球觀測影像處理、醫療研究及感測資料分析等運算需求，顯示太空端運算架構具備可行性。此外，測試亦指出，若於太空端先行完成資料分析，可將大型的研究數據(資料大小約 2.8 GB)壓縮為高度精簡之分析結果(約 92 KB)，並可於2 秒內回傳地球，顯著降低資料傳輸量並縮短傳輸時間。

(三) 結合太空太陽能與 AI 加速器的太空高效能運算平台
開發單位：美國Starcloud
Starcloud運用先進衛星技術、太空太陽能板陣列與 AI 驅動運算架構，於軌道上建置高效能資料處理平台，以支援大型 AI 模型訓練。該公司已於 2025 年發射示範衛星 Starcloud-1，並搭載與地面資料中心同級之 NVIDIA H100 GPU，成為首例於太空環境部署高效能 AI 加速器，並於太空中展開大型語言模型(LLM)之運算與訓練相關作業。未來，Starcloud 規劃採用模組化與自動組裝之衛星架構，逐步擴展系統規模，並建構GW等級的太空資料中心。

(四) 整合地面、高空與衛星之太空整合運算網路架構
開發單位：日本Space Compass
Space Compass 由 NTT Corporation 與 SKY Perfect JSAT 於 2022 年共同出資成立，目標為整合地面網路、高空平台系統(HAPS)與衛星通訊，構築橫跨地面、空中與太空之「太空整合運算網路(space-integrated computing network)」。該公司已於 2025 年透過 HAPS 完成與地面 4G 裝置之通訊測試，示範 HAPS 與地面終端之連接能力。未來，Space Compass 規劃在太空端進行衛星觀測與遙測資料的處理與壓縮，以提升資料傳輸效率與整體系統效能。