Kako zgraditi podatkovni center v vesolju

Zamisel o gradnji podatkovnih centrov v vesolju je še vedno razmeroma v povojih, pridobiva pa vse več veljave in finančne podpore, saj omejitve energije in prostora tu na Zemlji zavirajo širitev ogromnih računalniških zmogljivosti. V začetku tega leta sta Muskova družba SpaceX in Bezosova družba Blue Origin v najnovejši etapi več desetletij trajajoče vesoljske tekme obe naznanili svoje načrte za gradnjo in izstrelitev tako imenovanih orbitalnih podatkovnih centrov. 

Ti podatkovni centri bi delovali kot omrežja tisočih ali celo milijonov vesoljskih plovil, ki bi krožila okoli planeta in sprejemala ter izračunavala podatke na krovu, napajala pa bi se z brezmejno energijo sonca. Čeprav bi številni deli vesoljskega podatkovnega centra spominjali na dele tipičnega satelitskega omrežja, bi morali biti posebej zasnovani za obdelavo velikih količin podatkov, ki se bodo z Zemlje prenesli v orbito. Ob proizvodnih ovirah je gromozanski obseg predlaganih orbitalnih podatkovnih centrov vzbudil pomisleke zaradi prenatrpanosti Zemljine orbite, kar bi lahko povečalo verjetnost trkov s sateliti ter okrnilo vidljivost zvezd in drugih astronomskih čudes.

Na uredništvu Bloomberga Businessweek smo se obrnili na Lori Gordon, direktorico sistemov na direktoratu za razvoj vesoljskih podjetij pri družbi Aerospace, in na ekipo telekomunikacijskih strokovnjakov pod vodstvom Seana McDevitta, partnerja v svetovalnem podjetju Arthur D. Little: predstavili so nam ključne komponente satelita v orbitalnem podatkovnem centru in pojasnili, na kakšen način bi omogočile računalniške operacije v vesolju.

Satelitsko vodilo

V satelitskem vodilu, ki velja za "telo" vesoljskega plovila, so njegove številne osnovne funkcije: krmiljenje leta, komunikacije ter sistemi za upravljanje energije in toplote. Ta osrednji kos opreme je zasnovan tako, da prenese negostoljubne vesoljske razmere, vključno z visoko stopnjo sevanja in ekstremnimi temperaturami.

Sončne celice in shranjevanje energije

Zbirka sončnih panelov, znana kot sončno polje, se razprostira kot krila satelitskega vodila in zajema energijo sonca. Sončne celice bodo za orbitalne podatkovne centre ključnega pomena, saj zagotavljajo ogromno količino energije, potrebne za računalniške operacije in obdelavo podatkov na krovu, zato so nepogrešljiv element sistema. Podjetje Starcloud iz Seattla, ki namerava prav tako zgraditi orbitalni podatkovni center, načrtuje izdelavo sončnih panelov, širokih kar štiri kilometre. Satelitom bodo v pomoč tudi baterije za shranjevanje energije v obdobjih največjih potreb ali v primerih, ko je dostop do sončne energije prekinjen, na primer med mrkom.

Radiatorji

Zemeljski podatkovni centri za hlajenje strežniških sistemov, ki med delom proizvajajo ogromne količine toplote, pogosto uporabljajo hladen zrak ali vodo. Toda v orbiti, kjer ni atmosfere, satelitski radiatorji delujejo tako, da toploto v hladni vakuum vesolja razpršijo v obliki infrardečega sevanja. Radiatorji morajo biti natančno usmerjeni proti globokemu vesolju, da se tako izognejo absorpciji toplote Sonca ali Zemlje. Vesoljski radiatorji sicer že obstajajo, a orbitalni podatkovni centri bodo potrebovali hladilne sisteme, ki lahko odvedejo neskončno več toplote, kot je zmore ukrotiti običajni komunikacijski ali opazovalni satelit.

Komunikacijski sistem

Načrt je tak, da se bodo orbitalni podatkovni centri vsaj delno zanašali na radijske frekvenčne valove, ki jih večina satelitov uporablja za sprejem in pošiljanje podatkov med Zemljo in vesoljem. Nekateri strokovnjaki pa menijo, da bodo podjetja za učinkovito obdelavo podatkov morala verjetno uporabljati komunikacije na osnovi laserjev; gre za novo tehnologijo, ki lahko ogromne količine podatkov prenaša z veliko višjimi hitrostmi. Laserske komunikacije, znane kot optične laserske povezave, se že uporabljajo za prenos podatkov med sateliti, različice za prenos podatkov z Zemlje v vesolje pa še razvijajo.

Optične laserske povezave

Ker so vesoljska plovila nenehno v orbiti, so lahko v trenutku, ko obdelajo podatke, zunaj dosega zemeljske postaje, od koder so prejela zahtevo. V teh primerih lahko obdelane podatke naslednjemu satelitu pošljejo prek optične povezave, tega hitrega načina prenosa podatkov na podlagi laserskih žarkov. SpaceX optične laserske povezave že uporablja znotraj svojega omrežja Starlink in po podatkih Zvezne komisije za komunikacije enako načrtuje tudi za svoj orbitalni podatkovni center.

Sprejemnik-oddajnik

Sprejemno-oddajne naprave pri sprejemanju zahtev z Zemlje radijskofrekvenčne signale, ki jih sprejme satelitska antena, pretvorijo v digitalne bite, ki jih čipi na krovu lahko obdelajo. Pri pošiljanju podatkov nazaj na Zemljo je postopek obraten: sprejemnik-oddajnik prevzame obdelane podatke in jih pred posredovanjem ustrezni anteni za oddajanje pretvori v pravilno frekvenco.

Vgrajeni računalnik in pomnilnik

V nasprotju z drugimi sateliti bodo enote orbitalnih podatkovnih centrov opremljene s čipi z UI, ki bodo odporni proti sevanju in nameščeni v satelitskem vodilu, podatke pa bodo obdelovali in shranjevali v ločeni pomnilniški enoti. Marca so v družbi Nvidia napovedali, da bodo proizvajali čipe z grafičnimi procesnimi enotami, posebej prilagojenimi za računalništvo v vesolju, kar bi lahko odpravilo velik izziv pri gradnji in upravljanju orbitalnih podatkovnih centrov.

Omrežna plast

Orbitalni podatkovni centri bodo potrebovali omrežno strojno opremo, ki bo delovala kot "hrbtenjača" vesoljskega plovila. Ta strojna oprema bo povezovala različne računalniške, pomnilniške in shranjevalne enote ter usmerjala podatke do sprejemnika-oddajnika in iz njega, če jih bo treba prenesti drugim satelitom ali Zemlji.

Zemeljske postaje

Te delujejo kot nekakšen posrednik med uporabnikom in satelitom. V kontekstu orbitalnega podatkovnega centra se uporabnikova zahteva usmeri na zemeljsko postajo, običajno prek zemeljskih optičnih vlaken. Zemeljska postaja nato zahtevo s pomočjo velike antene ali optičnega laserskega terminala prenese na satelit, ta pa podatke obdela in jih pošlje nazaj na Zemljo.