Žemoji Žemės orbita (LEO) jau netrukus gali virsti milžiniška, decentralizuota serverine. Bendrovė „SpaceX“, pasitelkdama savo vystomą „Starlink“ satų tinklą, aktyviai žengia į kosminės debesų kompiuterijos rinką ir planuoja kosmose dislokuoti duomenų serverius.
Šis žingsnis leis apdoroti informaciją tiesiog orbitoje, sumažinant būtinybę nuolat siųsti milžiniškus neapdorotų duomenų kiekius į Žemės stotis. Tai ypač aktualu vykdant tolimojo kosmoso misijas, stebint Žemės paviršių ar teikiant ypatingos skubos ryšio paslaugas atokiose planetos vietose.
Debesų kompiuterija orbitoje
Bendrovė iš esmės atnaujina savo palydovines platformas: kiekvienas naujos kartos satas orbitoje turės integruotą serverių bloką, pritaikytą veikti atšiauriomis kosmoso sąlygomis.
Būsimasis „SpaceX“ serverinis satas
Toks inžinerinis sprendimas reikalauja itin griežto masės ir energijos balanso. Vieno serverių modulio masė sieks apie 150 kg, tad satų paleidimams bus naudojami „Falcon 9“ arba „Starship“ startūnai. LEO satai veiks maždaug 550 km aukštyje, kurioje užtikrinamas optimalus santykis tarp atmosferos pasipriešinimo ir signalo sklidimo spartos.
Didžiausias kosminių duomenų centrų privalumas – nepriklausomybė nuo Žemės infrastruktūros tinklo mazgų. Duomenų perdavimui tarp atskirų serverių bus naudojami lazeriniai tarpusavio ryšio kanalai. Ši lazerinė telemetrija užtikrins duomenų perdavimo spartą iki 100 Gbps tarp palydovų, sukurdama vientisą optinį tinklą apie Žemę.
Būsimai skaičiavimo infrastruktūrai maitinti energiją serveriams tieks didelio naudingumo daugiasluoksnės galio arsenido (GaAs) saulės elementų baterijos ir akumuliatoriai, o orbitinio pusšėlio metu nepertraukiamą darbą užtikrins talpūs ličio jonų akumuliatoriai. Vienam satui-serveriui sklandžiai funkcionuoti reikalinga nuolatinė kelių kilovatų (kW) elektrinė galia.
Satų elektros elementai
„SpaceX“ savo „Starlink“ satuose (įskaitant V2 mini ir būsimus didesnius serverinius satus) naudoja ne gryno silicio (Si), o GaAs pagrindu sukurtus daugiasluoksnius (angl. multi-junction) Saulės elementus.
Si elementų naudingumo efektyvumas kosmose siekia apie 15–20 %, o GaAs elementų efektyvumas yra gerokai didesnis – siekia 30–32 % ir daugiau. Be to, GaAs elementai yra daug atsparesni kosminei radiacijai ir stipriam temperatūros poveikiui žemoje Žemės orbitoje.
Kosminiams serveriams reikalinga nepertraukiama galia net ir tuomet, kai satas patenka į Žemės šešėlį (naktį), o tai LEO nutinka kas ~90 minučių. Saulės baterijos generuoja energiją ne tik tiesioginiam serverių maitinimui, bet ir įkrauna ličio jonų (Li-ion) akumuliatorių blokus.
Optinio ryšio spektrai ir telemetrija
Norint pasiekti tokį didelį duomenų pralaidumą, reikalingos specifinės technologijos, apsaugančios signalą nuo slopinimo kosminėje erdvėje. Lazerinės sistemos naudos infraraudonųjų spindulių spektrą, kurio bangos ilgis yra 1550 nm. Šis spektrinis rėžis pasirinktas siekiant sumažinti signalo slopinimą ir išlaikyti ryšio stabilumą net esant nepalankioms kosminio oro sąlygoms.
Dėl mažo atstumo iki planetos paviršiaus, vėlavimas (ping) tarp kosminio duomenų centro ir Žemės stoties bus mažesnis nei 20 ms. Tai atveria galimybes realaus laiko finansinėms operacijoms ar autonominių sistemų valdymui visame pasaulyje.
„SpaceX“ kosmoso serverio aušinimo sistema
Viena didžiausių techninių problemų kosmose – elektronikos generuojamos šilumos pašalinimas. Vakuume nėra oro, galinčio šilumą išsklaidyti konvekcijos būdu. Serverių procesoriai bus aušinami uždara skysto amoniako radiacine sistema, efektyviai pernešančia šilumą į išorę. Šilumos išsklaidymo radiatoriaus plotas viename sate sieks 12 m2, užtikrinant nepertraukiamą procesorių darbą maksimaliu pajėgumu. Tuo tarpu kosminių stočių padėties kontrolę ir orbitos korekcijas užtikrins kryptingi argono jonų varytuvai.
Atitiktis kosmoso agentūrų standartams
Palydovų spiečių valdymas reikalauja visiško saugumo užtikrinimo ir tarptautinių reglamentų paisymo, kad nebūtų teršiama orbita. Projekto saugumo reikalavimai suderinti su NASA orbitinių šiukšlių mažinimo programa, numatančia griežtą kontrolę po misijos pabaigos. Satų matmenys yra 4,1×1,6 m (su sulankstytomis antenomis), todėl jie kompaktiškai telpa po startūno gaubtu.
Pasibaigus eksploatacijos laikui, satai bus deorbituojami, o jų konstrukcija sukurta taip, kad 100 % sudegtų tankiuosiuose atmosferos sluoksniuose, nepalikdama krentančių nuolaužų. ESA kosminių operacijų centras stebės palydovų trajektorijas, kad išvengtų susidūrimų su kitais objektais realiuoju laiku. Kadangi kosmose perduodama jautri informacija, duomenų šifravimui kosmose bus naudojami pažangūs kvantinio rakto paskirstymo (QKD) protokolai, garantuojantys apsaugą nuo kibernetinių įsilaužimų.