Sind Rechenzentren im Weltraum die Zukunft der Cloud-Speicherung?

Hier ist eine völlig abgefahrene Idee: Wenn Rechenzentren hier auf der Erde so energiehungrig sind und die Umwelt belasten, warum lösen wir das Problem nicht, indem wir sie ins Weltall verlagern?

Das ist der Elevator Pitch von Lumen Orbit, das Anfang 2025 in Starcloud umbenannt wurde, einem von Y Combinator unterstützten Startup, das kürzlich mehr als 10 Millionen US-Dollar für die Entwicklung der nächsten Generation von Dateninfrastruktur aufgebracht hat: weltraumgestützte Rechenzentren. Das in Redmond, Washington, ansässige Unternehmen verfolgt den ehrgeizigen Plan, die hohe Intensität der Sonnenenergie im Orbit zu nutzen, um die Energiekosten für das Training von KI-Modellen drastisch zu senken – potenziell um bis zu 95 %.

Es gibt auch Vorteile für die Umwelt. „Wir gehen davon aus, dass Rechenzentren im Weltraum mindestens zehnmal weniger CO2-Emissionen verursachen, selbst wenn man den Start mit einbezieht“, sagt Mitgründer und CEO Philip Johnston. „Langfristig kann das Methan für den Start auf umweltfreundliche Weise produziert werden.“

Der erste Schritt von Starcloud ist eine Satellitendemonstration, die für 2025 als Teil des NVIDIA Inception-Startup-Inkubatorprogramms geplant ist. Laut dem Whitepaper des Unternehmens basiert sein Ansatz auf der Schaffung von riesigen Sonnenkollektoren im Weltraum. Diese Solaranlagen sollen Energie in hochdichte Rechenmodule einspeisen, die auf moderne Kühlsysteme angewiesen sind – höchstwahrscheinlich mit Flüssigkeitskühlung oder Zweiphasenkühlung, um die von leistungsstarken KI-Workloads erzeugte Wärme zu bewältigen.

„Niemand denkt in der Größenordnung wie wir“, sagt Johnston.

Aber die Menschen denken schon seit einiger Zeit über Rechenzentren im Weltraum nach.

Es ist keine große Überraschung, dass ein Start-up-Unternehmen, das orbitale Rechenzentren errichten will, so viel Aufmerksamkeit auf sich zieht. Angesichts der wachsenden Nachfrage nach KI-Rechenleistung setzen große Unternehmen wie Microsoft, Google und Amazon auf Kernkraftwerke, um ihren Energiebedarf zu decken. Das Electric Power Research Institute geht davon aus, dass Rechenzentren bis 2030 9 % des gesamten Energieverbrauchs in den Vereinigten Staaten ausmachen werden. Und der Weltraum ist nicht der einzige unkonventionelle Standort, den Unternehmen für ein Rechenzentrum in Betracht ziehen: Microsoft entwickelte ein experimentelles Rechenzentrum tief im Ozean, das später wieder stillgelegt wurde. 

Neben Vorteilen wie geringeren Kosten und reduzierter Umweltbelastung könnten weltraumbasierte Datenstationen die Verfügbarkeit von Daten an abgelegenen Orten auf der Erde, die Konnektivität bei Naturkatastrophen und theoretisch unbegrenzten physischen Raum für Erweiterungen bieten. Aber es gibt auch Hürden. Zum einen ist es immer noch sehr teuer, einen Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen. (Die Schätzungen von Lumen belaufen sich auf 8,2 Millionen USD.) Aufgrund der Entfernung könnten Latenzprobleme bestimmte Anwendungen, wie beispielsweise Finanztransaktionen, ausschließen. Die extremen Bedingungen im Weltraum, einschließlich der kosmischen Strahlung und des Weltraumschrotts, können zu Hardwareausfällen oder Datenbeschädigungen führen, die schwer zu beheben sind.

Diese Herausforderungen haben dazu geführt, dass trotz des weltweiten Interesses vonseiten der Regierung und der Privatwirtschaft noch nicht alle bereit für den Start sind. Die internationalen Gesetze und Vorschriften für Technologie im Weltraum entwickeln sich immer noch weiter. Viele Regierungen und nationale Agenturen verfolgen hingegen einen vorsichtigeren, explorativen Ansatz und geben Forschungsprojekte in Auftrag, die den Weg zum Rechenzentrum in der erdnahen Umlaufbahn (Low Earht Orbit, LEO) langfristig aufzeigen sollen.

Die EU gab eine solche Studie bei Thales Alenia Space in Auftrag, einem in Frankreich ansässigen globalen Raumfahrtunternehmen, das satellitenbasierte Systeme herstellt. Die im Juni veröffentlichten Ergebnisse der Machbarkeitsstudie ASCEND (Advanced Space Cloud for European Net zero Emission and Data sovereignty) kamen zu dem Schluss, dass die Bereitstellung von Rechenzentren im Orbit den Energieverbrauch und die Kohlenstoffemissionen im Vergleich zu einer herkömmlichen erdgebundenen Infrastruktur deutlich reduzieren könnte. Mit Solarenergie als Energiequelle würden diese Weltraum-Rechenzentren zudem auf Wasserkühlung verzichten und somit den Zielen Europas zur Klimaneutralität bis 2050 gerecht werden.

Die Studie legte eine Roadmap für einen 50-Kilowatt-Prototyp vor, den Thales Alenia bis 2031 bereitstellen möchte und der bis 2050 auf 1 Gigawatt ausgebaut werden soll. Sie prognostiziert außerdem potenzielle Erträge von mehreren Milliarden Euro bis 2050.

„Der Bedarf an Rechenzentren wächst bei den Europäern und dürfte sich in den kommenden Jahren in die gleiche Richtung weiterentwickeln“, sagt Damien Dumestier, ASCEND-Projektmanager bei Thales Alenia Space. „Weltraum-Rechenzentren könnten die Möglichkeit bieten, Europas ökologischen Fußabdruck zu verringern und gleichzeitig ein Vorzeigeprojekt für die Zukunft der europäischen Raumfahrtindustrie sein.“

An anderer Stelle in Europa hat sich ein Team von IBM-Forschern in Zürich, Schweiz, mit dem polnischen Unternehmen KP Labs zusammengetan, das sich auf die Entwicklung KI-gestützter Software und Hardware für Weltraumanwendungen spezialisiert hat, um orbitale Rechenzentren für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) zu untersuchen.

In ihrer Forschung, die in einer zukünftigen wissenschaftlichen Arbeit veröffentlicht wird, skizziert das Team drei mögliche Szenarien für die Rechenzentren. Die ersten beiden Szenarien beinhalten zwei Satelliten in derselben Umlaufbahn: Einer sammelt Daten, der andere verarbeitet sie. Im ersten Fall erkennt ein kleiner Satellit Waldbrände und sendet Rohdaten an einen größeren Satelliten, der die Daten analysiert und die wichtigsten Ergebnisse zur Erde übermittelt. Im zweiten Fall überträgt ein Satellit in der erdnahen Umlaufbahn nicht näher spezifizierte Daten an ein geostationäres Weltraum-Rechenzentrum (das sich entlang der Erdumlaufbahn dreht), das den Vorteil einer kontinuierlichen Verbindung zu Bodenstationen bietet. Das dritte Szenario sieht eine Mondlandefähre vor, die als Rechenzentrum fungiert, Informationen von Erkundungsfahrzeugen verarbeitet und relevante Ergebnisse über einen Satelliten zur Erde sendet.

„Wir haben erreicht, was wir uns vorgenommen hatten“, sagt Jonas Weiss, Senior Research Scientist bei IBM Research Europe. „Wir könnten zeigen, dass wir uns wahrscheinlich einem Wendepunkt nähern, an dem Edge Computing riesiger Datenmengen im Weltraum wirtschaftlich rentabler sein wird, als das Senden dieser Daten zur Erde.“

Orbitale Rechenzentren sind nicht nur für die Erweiterung der Rechenleistung auf der Erde von entscheidender Bedeutung – sie werden auch für die wachsende Zahl von Astronauten und Forschern, die im Weltraum arbeiten, wichtig sein.

Axiom Space, ein Anbieter von Dienstleistungen und Infrastruktur für bemannte Raumfahrt, entwickelt derzeit eine kommerzielle Raumstation. Mit Unterstützung des Commercial LEO Development Program der NASA plant das in Houston, Texas, ansässige Unternehmen, das erste Modul der Axiom-Station bereits 2026 an die Internationale Raumstation anzudocken. Mit der Zeit wird die Einrichtung genügend Funktionalität erlangen, um sich abzukoppeln und selbstständig zu funktionieren.

Axiom Space geht davon aus, dass seine Raumstation eine wachsende Zahl von Besatzungsmitgliedern beherbergen wird, die zuverlässige Cloud-Services benötigen. Um der Nachfrage gerecht zu werden , entwickelt das Unternehmen orbitale Rechenzentrumsfunktionen (ODC T1), die die Abhängigkeit von der erdgebundenen Infrastruktur verringern sollen. Diese orbitalen Rechenzentren nutzen laserbasierte Kommunikationssysteme, sogenannte optische Intersatellitenverbindungen (OISLs), zur sicheren Datenübertragung an andere Satelliten. Aufgrund seines modularen Designs, so das Unternehmen, könne das System mit der Nachfrage wachsen und biete zudem eine Druckumgebung, in der irdische Hardware betrieben werden kann, ohne den rauen Bedingungen des Weltraums ausgesetzt zu sein.

Während sich Axiom derzeit auf die Arbeit in der erdnahen Umlaufbahn (LEO) konzentriert, schließt das Unternehmen eine weitere Erkundung des Sonnensystems nicht aus.

„Die Menschheit hat Ambitionen zur Erkundung und wirtschaftlichen Entwicklung auf dem Mond, dem Mars und darüber hinaus“, sagt ein Vertreter von Axiom und fügt hinzu, dass Rechenzentren für groß angelegte bemannte oder robotische Missionen in der Lage sein müssen, Echtzeit-Datenverarbeitung, Datenspeicher und KI-Funktionen zu unterstützen. „Die Weiterentwicklung und Implementierung von ODCs in der Erdumlaufbahn schafft die technologischen und wirtschaftlichen Grundlagen dafür, dass die Menschheit fortfahren kann, das Sonnensystem zu erkunden und immer weiter vorzudringen.“