云计算进入太空真的靠谱么

几年之前，有人在推特上突发奇想，利用太空的浩瀚空间和零下低温来进行云计算部署，既方便设备铺设，也可以方便散热。几乎在同一时间，有媒体报道欧盟也计划在太空中部署数据中心，但多年过去，这个计划也没有后续的进展。

乍看起来像那么回事，但太空中相比于地面环境有着独特的环境，其特点有三个：

• 真空
• 温差大（高温/低温）
• 辐射

假设把一台普通的电脑带入外太空使用（非空间站内部），面临的问题会有：

对于太空中运行的电脑，真空和辐射问题都很好解决，采用充气硬盘（硬盘内部是稀有气体氦，是密闭的空间，而传统机械硬盘需要有透气孔）和“穿”防辐射材料即可。对于散热问题，由于真空环境只能通过热传导散热，采用的是特质的、大型的热管（heat pipe），和传统计算机中的热管原理类似：

热管通常是一个密封的管子，其中所有的空气被移除，在部分真空下引入少量的液体。与热表面接触的部分液体在吸收热表面的热量后蒸发成蒸汽。当蒸汽与冷表面接触时，蒸汽又凝结成液体，从而将其储存的或潜在的热量释放到冷表面。然后，由于各个液体分子的相互作用以及它们对容器表面的吸引，液体又被拉回到热的表面，这个过程称为毛细作用。整个液体和蒸汽循环不需要任何移动部件，而且传热过程可以无限期地重复。

在太空中使用的电脑，首先在设计上是模块化的，这样方便替换和维修，国际空间站每年大约有20台电脑需要维修，同时要满足冗余设计，相同功能的电脑系统要在太空中部署多套，以防止其中一套或一个设备因为太空辐射而损坏（比如及少量的γ射线），同时也为了能够对数据进行多套备份，以防止数据丢失。

其次，电脑需要经过特别设计和防护，定制化的电脑需要非常长的周期才能够被生产出来（国际空间站原有的三台计算机每台造价800万美金，耗时十年才建成），导致太空中的电脑实际上比地面的电脑性能要落后1-2代，太空中的电脑并不需要非常强劲的性能，稳定的电子配件和低耗电量才是首要考虑的，因此太空中的电脑能够做的“事情”当然也是越少越好。

为了解决太空电脑中的缺陷，频繁在天地间往返是不太可能的，通常的做法是在地面保留一台与太空相同的电脑，一旦太空中的电脑发生软件缺陷，可以在地面的电脑进行模拟，从而定位问题。2010年，旅行者2号（一个1977年发射的探测器，目前已飞出太阳系）开始传输随机信号而非连贯数据，NASA的旅行者2号实验室中保留有第二台相同的计算机，通过模拟定位出缺陷在于某个硬件的内存扇区，这样通过无线电信号发送补丁修复了该缺陷。

商业电脑也在尝试用最小的代价在太空中直接进行使用。作为火星登陆的准备，惠普公司的两台服务器在2017年被送往国际空间站，以检测电脑在太空中的耐用性，这两台服务器只需要数千美元的价格，在运行了500多天后，尽管冗余电源和冗余固态硬盘都出现了故障，但服务器仍然可以工作。即便如此，这两台计算机也经过了加固，被装在有散热器的密闭盒子中，而该盒子的散热器与空间站的散热系统连接。对应的挑战是电源的改造，需要将空间站的太阳能供电的48V直流电转为110V交流电，为此NASA专门提供了逆变器以解决该问题。

综上，如果要在太空中建立数据中心做云计算中心，建造成本、耗电量、散热性能都会是一笔无比巨大的投入，一个普通ECS不卖个百八十万每小时估计都回不了本，显然是不实际的。没有科研价值，也没有商业回报的事情，是没有人愿意花大力气做的，比如到月球挖掘氦三运回地球做核燃料。

另外，在国际空间站，空间站成员在内部使用的电脑，因为有空气、温度适宜和防辐射的缘故，可以使用普通的商业电脑，国际空间站和天宫号空间站使用的都是ThinkPad笔记本电脑，其中有一台单独的电脑用于和地面的网络连接，且不与空间站任何生命系统连接，一方面方便对地联网，一方面避免地面网络对空间站的攻击。2007年，国际空间站的宇航员在对地联网的单独笔记本电脑中发现了“Gammima”恶意软件，在此之前，空间站的电脑是不安装防病毒软件的。

参考资料

1. http://www.cmse.gov.cn/fxrw/tgyhyszjh/kpzs/201206/t20120620_23317.html

2. https://zhuanlan.zhihu.com/p/38294246

3. https://www.kaspersky.com/blog/computers-in-space/1626/

4. https://www.bbc.com/news/technology-47377707

5. https://technative.io/how-do-you-prepare-a-supercomputer-for-space-travel/

原文始发于微信公众号（洞源实验室）：云计算进入太空真的靠谱么