최근 스페이스X, 아마존, 구글 등이 AI 환경 부담을 덜기 위해 궤도상의 우주 데이터 센터 구축을 모색하고 있습니다. 무한한 태양광과 우주 공간의 냉각 효과를 활용할 수 있다는 장점이 있지만, 진공 상태에서의 열 방출, 고성능 칩의 방사선 보호, 막대한 전력 공급, 경제성 확보 등 극복해야 할 기술적 난제도 많습니다. 본 기사는 우주 기반 데이터 센터가 상용화되기 위해 반드시 해결되어야 할 핵심 과제들을 심도 있게 분석하고 있습니다.
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MIT Technology Review 설명: 복잡하고 난해한 기술의 세계를 명확하게 풀어내어 다가올 미래를 이해할 수 있도록 돕습니다. 이 시리즈의 더 많은 기사는 여기에서 읽을 수 있습니다.
지난 1월, 일론 머스크의 스페이스X는 최대 100만 개의 데이터 센터를 지구 궤도에 쏘아 올리기 위해 미국 연방통신위원회(FCC)에 신청서를 제출했습니다. 그 목적은 무엇일까요? 지구에서 환경 위기를 촉발하지 않고 AI의 잠재력을 온전히 끌어내는 것입니다. 하지만 이것이 실현 가능할까요?
스페이스X는 궤도 기반 컴퓨팅 인프라의 잠재력을 찬양하는 첨단 기술 기업들 중 최근 주목받는 사례입니다. 작년 아마존 창립자 제프 베이조스는 기술 산업이 우주에서의 대규모 컴퓨팅으로 이동할 것이라고 말했습니다. 구글은 내년부터 80개의 위성 테스트 그룹을 발사하는 등 데이터 처리 위성을 쏘아 올릴 계획을 가지고 있습니다. 또한 지난 11월, 워싱턴주에 본사를 둔 스타트업 스타클라우드(Starcloud)는 고성능 엔비디아 H100 GPU를 탑재한 위성을 발사하며 첨단 AI 칩의 최초 궤도 테스트를 진행했습니다. 이 회사는 2030년까지 지구에 있는 것과 맞먹는 크기의 궤도 데이터 센터를 구축할 것으로 envisioning하고 있습니다.
지지자들은 데이터 센터를 우주에 두는 것이 합리적이라고 믿습니다. 현재의 AI 붐은 전력망에 부담을 주고 컴퓨터 냉각에 필요한 물 수요를 급증시키고 있습니다. 대규모 데이터 센터 인근 지역사회는 수요 증가로 인한 해당 자원 가격 상승 및 기타 문제들을 우려하고 있습니다. 지지자들은 우주에서는 이러한 물과 에너지 문제가 해결될 것이라고 말합니다. 끊임없이 빛을 받는 태양동기궤도(Sun-synchronous orbit)에서 우주 기반 데이터 센터는 중단 없는 태양광 발전이 가능합니다. 동시에 발생하는 잉여 열은 차가운 우주의 진공 상태로 쉽게 배출될 수 있습니다. 우주 발사 비용이 감소하고 스페이스X의 스타십과 같은 메가 로켓이 가격을 더욱 낮출 것으로 예상됨에 따라, 전 세계의 데이터 센터를 우주로 이전하는 것이 비즈니스적으로 타당해지는 시점이 올 수 있습니다.
반면, 회의론자들은 다른 이야기를 전하며 다양한 기술적 장애물을 지적합니다. 비록 일부는 가까운 미래에 극복할 수 있을 것이라고 보지만 말입니다. 우주 기반 데이터 센터를 현실로 만들기 위해 반드시 갖춰야 할 4가지 필수 요건은 다음과 같습니다.
열을 배출할 방법
AI 데이터 센터는 엄청난 양의 열을 발생시킵니다. 우주는 막대한 물을 소모하지 않고도 그 열을 분산시킬 수 있는 훌륭한 장소처럼 보일 수 있지만, 실제로는 그리 간단하지 않습니다. 24시간 365일 가동에 필요한 전력을 얻으려면, 우주 데이터 센터는 끊임없이 조명을 받는 궤도에 있어야 하며, 극에서 극까지 지구를 돌며 지구의 그림자 속에 숨지 않아야 합니다. 그리고 그 궤도에서는 장비의 온도가 80°C 이하로 떨어지지 않으며, 이는 전자기기가 장기간 안전하게 작동하기에는 너무 뜨거운 온도입니다.
이러한 시스템에서 열을 제거하는 것은 놀랍도록 까다롭습니다. 오스트리아 우주 기술 스타트업 Satellives의 CEO 릴리 아이힝거(Lilly Eichinger)는 "우주에서의 열 관리와 냉각은 전반적으로 매우 큰 문제"라고 말합니다. 지구에서 열은 주로 공기나 물과 같은 기체 및 액체의 움직임에 의존하는 대류라는 자연스러운 과정을 통해 방출됩니다. 우주의 진공 상태에서는 훨씬 비효율적인 복사 과정을 통해 열을 제거해야 합니다. 컴퓨터가 생성하는 열과 태양으로부터 흡수하는 열을 안전하게 제거하려면 거대한 복사 표면이 필요합니다. 위성이 클수록 내부의 열을 우주 밖으로 배출하기가 더 어려워집니다.
하지만 유럽의 항공우주 거인 탈레스 알레니아 스페이스(Thales Alenia Space)의 전 기술 책임자 이브 뒤랑(Yves Durand)은 이 문제를 해결할 기술이 이미 존재한다고 말합니다. 이 회사는 이전에 대형 통신 위성을 위해 기계식 펌프를 사용해 배관망을 통해 냉매 유체를 순환시키고, 궁극적으로 우주선 내부의 열을 외부 라디에이터로 전달하는 시스템을 개발한 바 있습니다. 뒤랑은 2024년 우주 기반 데이터 센터에 대한 타당성 조사를 이끌었으며, 이 연구는 비록 도전 과제는 존재하지만 유럽이 기가급(giga-scale)의 데이터 센터를 우주에 구축하는 것이 가능해야 한다고 결론지었습니다.
MIT Technology Review Explains: Let our writers untangle the complex, messy world of technology to help you understand what’s coming next. You can read more from the series here . In January, Elon Musk’s SpaceX filed an application with the US Federal Communications Commission to launch up to one million data centers into Earth’s orbit. The goal? To fully unleash the potential of AI without triggering an environmental crisis on Earth. But could it work? SpaceX is the latest in a string of high-tech companies extolling the potential of orbital computing infrastructure. Last year, Amazon founder Jeff Bezos said that the tech industry will move toward large-scale computing in space. Google has plans to loft data-crunching satellites, aiming to launch a test constellation of 80 as early as next year. And last November Starcloud, a startup based in Washington State, launched a satellite fitted with a high-performance Nvidia H100 GPU, marking the first orbital test of an advanced AI chip. The company envisions orbiting data centers as large as those on Earth by 2030. Proponents believe that putting data centers in space makes sense. The current AI boom is straining energy grids and adding to the demand for water, which is needed to cool the computers. Communities in the vicinity of large-scale data centers worry about increasing prices for those resources as a result of the growing demand, among other issues. In space, advocates say, the water and energy problems would be solved. In constantly illuminated sun-synchronous orbits, space-borne data centers would have uninterrupted access to solar power. At the same time, the excess heat they produce would be easily expelled into the cold vacuum of space. And with the cost of space launches decreasing, and mega-rockets such as SpaceX’s Starship promising to push prices even lower, there could be a point at which moving the world’s data centers into space makes sound business sense. Detractors, on the other hand, tell a different story and point to a variety of technological hurdles, though some say it’s possible they may be surmountable in the not-so-distant future. Here are four of the must-haves we’d need to make space-based data centers a reality. A way to carry away heat AI data centers produce a lot of heat. Space might seem like a great place to dispel that heat without using up massive amounts of water. But it’s not so simple. To get the power needed to run 24-7, a space-based data center would have to be in a constantly illuminated orbit, circling the planet from pole to pole, and never hide in Earth’s shadow. And in that orbit, the temperature of the equipment would never drop below 80 °C, which is way too hot for electronics to operate safely in the long term. Getting the heat out of such a system is surprisingly challenging. “Thermal management and cooling in space is generally a huge problem,” says Lilly Eichinger, CEO of the Austrian space tech startup Satellives. On Earth, heat dissipates mostly through the natural process of convection, which relies on the movement of gases and liquids like air and water. In the vacuum of space, heat has to be removed through the far less efficient process of radiation. Safely removing the heat produced by the computers, as well as what’s absorbed from the sun, requires large radiative surfaces. The bulkier the satellite, the harder it is to send all the heat inside it out into space. But Yves Durand, former director of technology at the European aerospace giant Thales Alenia Space, says that technology already exists to tackle the problem. The company previously developed a system for large telecommunications satellites that can pipe refrigerant fluid through a network of tubing using a mechanical pump , ultimately transferring heat from within a spacecraft to radiators on the exterior. Durand led a 2024 feasibility study on space-based data centers, which found that although challenges exist, it should be possible for Europe to put gigawatt-scale data centers (on par with the largest Earthbound facilities) into orbit before 2050. These would be considerably larger than those envisioned by SpaceX, featuring solar arrays hundreds of meters in size—larger than the International Space Station. Computer chips that can withstand a radiation onslaught The space around Earth is constantly battered by cosmic particles and lashed by solar radiation. On Earth’s surface, humans and their electronic devices are protected from this corrosive soup of charged particles by the planet’s atmosphere and magnetosphere. But the farther away from Earth you venture, the weaker that protection becomes. Studies show that aircraft crews have a higher risk of developing cancer because of their frequent exposure to high radiation at cruising altitude, where the atmosphere is thin and less protective. Electronics in space are at risk of three types of problems caused by high radiation levels, says Ken Mai , a principal systems scientist in electrical and computer engineering at Carnegie Mellon University. Phenomena known as single-event upsets can cause bit flips and corrupt stored data when charged particles hit chips and memory devices. Over time, electronics in space accumulate damage from ionizing radiation that degrades their performance. And sometimes a charged particle can strike the component in a way that physically displaces atoms on the chip, creating permanent damage, Mai explains. Traditionally, computers launched to space had to undergo years of testing and were specifically designed to withstand the intense radiation present in Earth’s orbit. These space-hardened electronics are much more expensive, though, and their performance is also years behind the state-of-the-art devices for Earth-based computing. Launching conventional chips is a gamble. But Durand says cutting-edge computer chips use technologies that are by default more resistant to radiation than past systems. And in mid-March, Nvidia touted hardware , including a new GPU, that is “bringing AI compute to orbital data centers.” Nvidia’s head of edge AI marketing, Chen Su, told MIT Technology Review , that “Nvidia systems are inherently commercial off the shelf, with radiation resilience achieved at the system level rather than through radiation‑hardened silicon alone.” He added that satellite makers increase the chips’ resiliency with the help of shielding, advanced software for error detection, and architectures that combine the consumer-grade devices with bespoke, hardened technologies. Still, Mai says that the data-crunching chips are only one issue. The data centers would also need memory and storage devices, both of which are vulnerable to damage by excessive radiation. And operators would need the ability to swap things out or adapt when issues arise. The feasibility and affordability of using robots or astronaut missions for maintenance is a major question mark hanging over the idea of large-scale orbiting data centers. “You not only need to throw up a data center to space that meets your current needs; you need redundancy, extra parts, and reconfigurability, so when stuff breaks, you can just change your configuration and continue working,” says Mai. “It’s a very challenging problem because on one hand you have free energy and power in space, but there are a lot of disadvantages. It’s quite possible that those problems will outweigh the advantages that you get from putting a data center into space.” In addition to the need for regular maintenance, there’s also the potential for catastrophic loss. During periods of intense space weather, satellites can be flooded with enough radiation to kill all their electronics. The sun has just passed the most active phase of its 11-year cycle with relatively little impact on satellites. Still, experts warn that since the space age began, the planet has not experienced the worst the sun is capable of. Many doubt whether the low-cost new space systems that dominate Eart