深空矩阵作为中国太空AI算力的领创者，致力于探索太空AI算力务实可行的中国方案。公司围绕太空热管理、抗辐照芯片设计、超大太阳能帆板等核心技术进行了深入研究，已取得大量工程成果。

然而，一家公司的深入不如整个产业链的延展，为此，我们会围绕如上三大核心主题，持续推出最新行业研究成果，以飨产业同仁。

本文分为上下篇，核心围绕“太空数据中心热管理技术路线、国内外主要玩家进展和方案、太空热管理供应链格局、星座级热管理调度、未来趋势分析”等建立完整理解框架。

丨一、为什么太空AI算力正在成为趋势？

1.1 AI 算力正在推高地面数据中心压力

AI 大模型、自动驾驶、智能制造、科学计算和云服务正在推动全球算力需求持续增长。数据中心的本质，是把电能转化为计算能力；但从热力学角度看，绝大部分电能最终都会变成热。

这意味着，算力越强，热量越多；芯片越密集，局部热流密度越高；数据中心规模越大，对电力、冷却、土地和水资源的要求也越高。

地面数据中心面临的压力主要包括：电力接入难度提高，冷却系统耗能上升，冷却用水引发环境争议，土地资源和选址受限，高温地区冷却成本增加，以及碳排放和能源结构压力上升。

AI 时代的数据中心已经不只是 IT 基础设施，也正在成为能源基础设施。谁能获得稳定、便宜、低碳的能源，谁就可能在下一代算力竞争中占据优势。

1.2 太空为什么被看作下一种算力基础设施？

把数据中心搬到太空，听起来很激进，但背后的逻辑并不复杂。

第一，太空太阳能资源丰富。在轨平台可以长时间接受太阳辐射。在某些轨道条件下，太阳能供应比地面更稳定，不受云层、昼夜和土地限制影响。

第二，太空正在产生越来越多数据。遥感卫星、通信星座、空间站、月球基地、火星探测和深空任务都会产生大量原始数据。传统方式是把数据传回地面处理，但这会受到通信带宽、地面站窗口和延迟限制。

第三，卫星互联网正在提供基础网络。Starlink 等低轨星座证明了大规模在轨通信网络的商业可行性。随着星间激光链路成熟，轨道上不再只是“单颗卫星对地通信”，而是可能形成空间互联网。

第四，发射成本下降改变了经济性边界。过去，把大型设备送入太空成本极高；但随着可重复使用火箭、批量化卫星制造和在轨服务能力发展，大型空间基础设施的商业想象空间正在扩大。

1.3 太空数据中心可能先从“轨道边缘计算”开始

太空数据中心不太可能一开始就是轨道版超大云机房。更现实的早期形态，是把计算能力部署到卫星、空间站或专用轨道平台上，用于处理空间任务自身产生的数据。

典型场景包括遥感图像在轨预处理、军事和灾害场景下的快速识别、卫星互联网路由和缓存、空间站实验数据处理、月球和深空任务本地计算、对地通信前的数据筛选和压缩，以及 AI 模型在轨推理。

也就是说，太空数据中心的早期价值，不一定是替代地面云，而是减少空间数据对地面链路的依赖，让计算靠近数据源。

1.4 美国、欧洲、中国正在形成不同路线

当前太空数据中心的发展可以大致分为三条路径。

美国更偏商业创新和高性能算力。SpaceX、Starcloud、Axiom Space、Lonestar 等公司分别从 GPU 太空计算、空间站轨道计算节点、月面或深空数据冷备份等方向切入。其中 Starcloud 更接近“把高性能 GPU 送上轨道”的路线；Axiom Space 更接近商业空间站边缘计算；Lonestar 更偏数据存储和灾备。

欧洲更偏绿色转型和政策牵引。以 ASCEND 等计划为代表，欧洲讨论的是利用太空太阳能和轨道部署实现绿色数据中心，长期目标甚至指向 GW 级轨道算力基础设施。

我国更偏大战略、空间信息网络和自主创新。中国较早提出太空数据中心概念，并在空间站热控实验、液态金属流动传热、卫星互联网、天算星座、三体计算星座、激光通信和在轨 AI 计算等方向形成布局。

1.5 趋势背后的核心问题：散热

无论采用哪条路线，太空数据中心最终都会遇到同一个物理约束：计算消耗的电能，最终大部分会变成热。

在地面，这些热可以交给空气、水和冷却塔；在太空，热量最终必须靠辐射器排向深空。真空环境没有空气对流，微重力会改变流体行为，轨道昼夜变化会让外部热环境周期波动，而长期无人值守又要求系统具有极高可靠性。

因此，太空数据中心的竞争不只是火箭、太阳能、GPU 和通信链路的竞争，也会是热管理系统的竞争。

丨二、热量旅行路线：从芯片到宇宙

2.1 太空很冷，但不是天然冰箱

“太空那么冷，为什么数据中心还会过热？”这是理解太空数据中心热管理的第一个问题。

答案在于，温度低不等于容易散热。地球上的物体可以通过空气对流快速散热，也可以通过水循环带走热量；而太空接近真空，缺少可以搬运热量的介质。

风扇在太空外部几乎没有意义。它可以在密封舱或设备内部搅动气体，但不能把热量吹到外部真空中。热量最终必须通过导热、流体回路、热管和辐射器，一步步走向深空。

一个简单比喻是：

地面数据中心像是把热水倒进河里，河水会把热带走；太空数据中心更像是在真空中举着一块发热的金属板，只能靠它自己向外“发光”散热。

2.2 热量从哪里来？

太空数据中心的热源主要包括 AI 芯片、GPU、CPU、存储设备、电源转换模块、通信载荷、星间激光链路设备、电池和充放电系统，以及姿控、推进和平台电子设备。

其中，最难处理的是高热流密度芯片。AI 加速器和 GPU 的热量不是均匀分布在整个卫星上，而是集中在很小的芯片区域。局部热点如果不能快速导出，就会限制算力输出，甚至造成器件失效。

2.3 热量旅行路线

太空数据中心的热管理可以理解为一条“热量旅行路线”：

芯片产热 → 导热结构和热界面材料接热 → 冷板/均温板摊平热点 → 热管或液冷回路远距离搬运 → 相变材料缓冲热峰值 → 辐射器排向深空

这条路线可以拆解为六站。

第一站是芯片。GPU、AI 加速器和电源模块是主要热源。算力越强，单位面积热流密度越高。

第二站是热界面材料和导热结构。芯片与散热器之间存在微观缝隙，热界面材料负责降低接触热阻；导热结构则负责把局部热点快速摊开。

第三站是冷板、均温板和蒸气腔。它们像热量的城市道路系统，把拥挤在芯片局部的热流扩散到更大面积。

第四站是热管、环路热管或液冷回路。热量需要被搬运到更远处的辐射器。热管依靠相变和毛细力自循环，液冷回路则依靠泵驱动冷却液流动。

第五站是相变材料。PCM 像热量的“缓冲电池”，在热峰值时吸热，在低负载时释放热量，帮助系统削峰填谷。

第六站是辐射器。辐射器是最终出口，把热以红外辐射形式送入深空。

2.4 热管理不是单纯降温，而是控温

太空数据中心不只需要散热，也需要保温、储热和主动调节。

低轨卫星会周期性进入日照和地影；月球和火星环境存在巨大昼夜温差；深空太阳能衰减后，设备可能面临低温失效风险。因此，太空热管理的目标不是“越冷越好”，而是让芯片、电池、泵、阀门、通信设备和结构件都维持在合适温度范围内。

太空数据中心散热不是一根排热管，而是一套热量物流系统。

丨三、太空数据中心的散热技术路线

太空数据中心的热控系统不能依赖单一技术。它更像一套分层网络：芯片附近要解决高热流密度，设备内部要解决热扩散，平台层面要解决远距离热输运，外部结构要完成最终辐射排热，系统层面还要根据轨道环境和计算负载动态调节。

从工程逻辑看，太空数据中心热管理可以分为两大类：被动热控和主动热控。被动热控依靠导热、辐射、相变和材料特性建立基础热平衡；主动热控则通过泵、阀门、制冷机、热开关和控制系统主动调节热流。

3.1 被动热控：构建基础热平衡

被动热控的特点是低功耗、高可靠、结构相对简单，适合长期无人值守的航天任务。它通常不负责“强力制冷”，而是负责建立热量流动的基础路径，让热量从高温区域自然流向散热区域。

3.1.1 导热结构：先把热点摊开

导热结构是热控系统的第一层。AI 芯片、GPU、电源模块和激光通信设备通常会产生高度集中的局部热流。如果这些热量不能快速从芯片附近扩散出去，局部温度会迅速升高，限制芯片性能，甚至造成器件失效。

导热结构像一张“热量铺开的底板”：如果热点集中在一个小点上，后面的冷板、热管和辐射器再强也来不及接住；只有先把热摊开，后续散热系统才能高效工作。

导热结构包括高导热金属基板、石墨/碳基热扩散片、均温板、高导热复合材料、结构承力件兼导热路径，以及冷板底座和模块化导热框架。

它们的主要作用不是最终排热，而是完成热量的第一步“摊平”。芯片热点通常面积很小，辐射器面积却很大，中间必须经过多级热扩散。导热结构越好，后续液冷、热管和辐射器的负担越小。

对太空数据中心来说，导热结构还要承担两个额外任务。第一是轻量化。航天器不能简单堆铜块和铝块，因为每一公斤质量都意味着发射成本。第二是结构一体化。未来的计算模块、承力框架、散热面和辐射器支撑结构可能会融合设计，让结构件本身成为热量通道。

未来值得关注的方向包括高导热碳纤维复合材料、石墨烯增强材料、金属基复合材料、拓扑优化导热结构，以及通过增材制造实现的复杂内部流道和轻量化热扩散结构。

3.1.2 热界面材料 TIM：芯片到冷板的第一座桥

热界面材料用于填充芯片、封装、冷板和散热器之间的微小缝隙。即便两个固体表面看起来非常平整，在微观尺度上仍然存在粗糙峰谷。如果直接接触，真实接触面积有限，中间残留的微小空隙会形成很高热阻。

可以把 TIM 理解为芯片和冷板之间的“导热胶垫”。如果这层材料性能不好，热量会堵在芯片附近，导致芯片过热。对于太空数据中心，TIM 不仅要导热好，还要能承受真空、辐射、热循环和长期老化。

图源：nasa

常见 TIM 包括导热硅脂、导热垫片、石墨片、铟箔、碳纤维增强导热垫、氮化硼填充材料、石墨烯膜和液态金属导热材料。

太空数据中心对 TIM 的要求比地面服务器更高。它不仅要导热好，还要满足低挥发、低出气、抗辐射、耐冷热循环、长期压缩稳定和可返修等条件。地面数据中心可以定期维护或更换导热材料，在轨设备则可能需要多年甚至十年以上稳定工作。

未来发展方向包括低接触热阻 TIM、抗辐射 TIM、可返修 TIM、液态金属 TIM、垂直取向碳纤维导热材料，以及与芯片封装直接集成的高导热界面层。

3.1.3 MLI 多层隔热材料：让热不要乱跑

多层隔热材料是航天器常用的热控材料，通常由多层高反射薄膜和低导热间隔材料组成。它的核心作用是降低辐射换热，让设备与外部环境或相邻热区之间减少无效热交换。

MLI 像给航天器不同热区穿上的“隔热外衣”。它不是为了把所有热都包起来，而是为了让热不要乱跑：该热的地方热，该冷的地方冷，该排到辐射器的热就尽量走向辐射器。

图源esa

在太空数据中心中，MLI 不负责处理服务器产生的大功率废热，但它对系统热平衡非常重要。因为太空平台并不是只有计算模块一种设备，还包括电池、通信载荷、推进系统、姿控设备、光学器件和结构舱段。不同设备的适宜温度不同，热量如果无序流动，会造成某些区域过热、某些区域过冷。

MLI 可以用于减少太阳辐射对非散热面的加热，降低地影阶段的热损失，保护电池和低温敏感器件，隔离高温计算模块和低温载荷，减少辐射器背面对平台的回热，并让热量更多流向设计好的散热路径。

对太空数据中心来说，MLI 的使用要非常谨慎。计算模块本身需要排热，如果过度包覆隔热材料，可能会阻碍废热排出。因此，MLI 的关键不是“越多越好”，而是配合热通道设计，实现热区隔离和热流引导。

未来太空数据中心可能采用分区化 MLI 设计：计算热区、电池热区、通信热区、低温敏感区分别采用不同隔热策略，并与热开关、PCM、辐射器和主动回路共同工作。

3.1.4 表面涂层：决定吸热和放热的太空皮肤

航天器表面涂层决定了外表面如何吸收太阳光、如何发射红外热量。它看起来只是外表面材料，实际上直接影响整个平台的热平衡。

表面涂层就是航天器的“太空皮肤”。同样一块板，涂不同的材料，在太空里的命运完全不同：有的会更容易吸收太阳热，有的会更擅长把自身热量发出去。

两个关键参数是太阳吸收率和红外发射率。太阳吸收率决定表面对太阳辐射的吸收能力；红外发射率决定表面对外辐射自身热量的能力。对辐射器来说，理想状态通常是低太阳吸收率、高红外发射率。也就是说，它应当少吸太阳热，同时尽可能多地把自身热量以红外形式发射出去。对某些需要保温的结构面，则可能采用不同涂层策略。

表面涂层的挑战在于长期稳定性。低轨环境中的原子氧会侵蚀材料，紫外和粒子辐射会改变光学性能，污染物沉积会改变吸收率和发射率，热循环会带来附着力和微裂纹问题。太空数据中心一旦运行多年，涂层性能衰减会直接影响散热能力。

未来发展方向包括高发射率低吸收率涂层、抗原子氧涂层、抗紫外和粒子辐射涂层、低出气涂层、可变发射率涂层、自修复或抗污染表面，以及涂层与柔性辐射器的一体化工艺。

3.1.5 热管：不用泵的热量传送带

热管是航天器中最成熟的被动传热技术之一。它内部封装有工质和毛细结构，利用工质蒸发、冷凝和毛细回流完成热量输运。

热管像一条自动循环的热河流：热端把液体蒸发成气体，气体跑到冷端释放热量，再变回液体回流。这个过程不需要机械泵，可靠性高，非常适合航天器。

热管在太空数据中心中的作用包括：从计算板卡向机箱结构传热，把多个芯片热源汇集到冷板或辐射面，连接 PCM 模块和辐射器，提高计算模块温度均匀性，降低主动液冷系统的局部压力，以及在低功耗节点中替代机械泵系统。

图源：arquimea

热管也有局限。它的传热能力受工质、毛细结构、长度、姿态、蒸汽流动阻力和冷启动条件影响。对于百千瓦或 MW 级太空数据中心，热管更可能是分布式热扩散和中短距离传热元件，而不是唯一主散热方案。

未来方向包括高功率平板热管、脉动热管、变导热管、抗冻融热管、多热源热管，以及与柔性辐射器集成的热管网络。

3.1.6 环路热管：跨越平台的热循环网络

环路热管是热管技术的扩展形式，通常由蒸发器、补偿器、蒸汽管路、冷凝器和液体回流管路构成。它通过毛细泵驱动工质循环，适合更长距离和更复杂布局的热量输运。

如果说普通热管更像一条短距离热通道，环路热管就更像跨越整个平台的“热循环网络”。它可以把分散在不同位置的热源连接起来，再把热量送到远端辐射器。

与普通热管相比，环路热管的优势在于热源和冷源可以相距更远，蒸汽和液体流路相对分离，适合复杂航天器布局，能够服务多热源、多冷源系统，并且不依赖机械泵，可靠性较高。

在太空数据中心中，环路热管可以用于计算舱到远端辐射器之间的热输运，也可以作为液冷系统的辅助或备份热通道。对于分布式计算模块，环路热管有助于把分散热源连接成统一热网络。

但环路热管也有工程难点，包括启动过程、补偿器设计、工质管理、冻融循环、微重力下稳定性、多蒸发器均流等问题。未来太空数据中心如果采用大规模环路热管网络，需要解决多节点耦合控制和故障隔离问题。

3.1.7 相变材料 PCM：热量的缓冲电池

相变材料通过固—液、固—固或其他相变过程吸收和释放潜热。它的价值不在于最终排热，而在于缓冲热负载波动。

PCM 像热量的“缓冲电池”：高负载时，它先把一部分热存起来；低负载时，再把热慢慢交给辐射器。它不能让热消失，但可以让热流变得更平滑。

图源ACT

太空数据中心的热负载并不恒定。AI 推理任务、遥感数据处理、通信窗口、星间链路任务和电池充放电都可能造成短时热峰值。如果辐射器完全按照瞬时峰值设计，面积和质量会很大。PCM 可以在高峰时吸热，在低负载时释放热量，使系统按更平滑的热负载设计。

PCM 在太空数据中心中的应用场景包括 GPU 短时高负载吸热、低轨日照/地影周期缓冲、辐射器排热能力不足时削峰、电池温度管理、深空设备保温，以及与热开关联动进行热流切换。

PCM 的主要挑战是导热率低、封装复杂、体积变化、泄漏风险、相变循环寿命和质量增加。因此，未来重点不是单独使用 PCM，而是发展高导热复合 PCM，并与热管、均温板、蒸气腔和辐射器集成。

值得关注的方向包括碳泡沫复合 PCM、金属泡沫增强 PCM、石墨增强 PCM、镓基液态金属 PCM、固—固复合 PCM、PCM 与环路热管集成、PCM 与蒸气腔集成，以及 PCM 与热开关协同工作。

3.1.8 辐射器：太空数据中心的最终散热出口

辐射器是太空数据中心热管理系统的最终出口。所有热量无论经过导热、热管、液冷还是 PCM，最后都需要通过辐射器排向深空。

辐射器可以理解为太空数据中心的“散热塔”。地面数据中心的散热塔把热交给空气和水，太空数据中心的辐射器则把热以红外辐射形式交给宇宙。

图源：arquimea

辐射器设计决定了太空数据中心的规模、质量和外形。高功率计算平台需要排出的废热巨大，而辐射散热能力受面积、温度和发射率限制。因此，辐射器往往不是附属设备，而是太空数据中心的主结构之一。

辐射器主要方向包括固定式辐射器、可展开辐射器、柔性辐射器、热管嵌入式辐射器、液冷流道式辐射器、可变发射率辐射器、双面辐射器，以及与太阳能板一体化的复合面板。

未来太空数据中心辐射器需要解决四个问题。第一是面积，高功率系统需要巨大的辐射面积。第二是质量，辐射器必须足够轻，否则发射成本过高。第三是部署，大型辐射器需要折叠发射、在轨展开，并长期保持结构稳定。第四是维护，辐射器可能受到微流星体、空间碎片、涂层老化和热循环影响，未来需要模块化更换或冗余设计。

3.2 主动热控：面向高功率算力的可控热流网络

随着功率从几百瓦、几千瓦提升到几十千瓦、百千瓦甚至 MW 级，被动热控很难单独承担全部热管理任务。主动热控通过外部能量驱动工质流动、温度调节和热路切换，是太空数据中心走向高功率的关键。

3.2.1 单相液冷：太空版液冷服务器

单相液冷是指冷却液在回路中始终保持液态。冷却液流经冷板吸收芯片热量，温度升高后流向辐射器或换热器放热，然后再回到冷板。

它可以理解为太空版液冷服务器：冷却液流过发热部件，把热带到辐射器，再回到冷板继续工作。

这是最接近地面液冷服务器的方案，工程理解较简单，控制也相对稳定。对早期轨道计算平台来说，单相液冷可能是最容易落地的主动热控方案之一。

单相液冷系统通常包括冷板、机械泵、储液器或补偿器、温控阀、管路、热交换器、辐射器，以及控制器和传感器。

单相液冷的优势是可靠性较高、流动状态容易预测、控制简单、工程基础较好。它的不足是单位质量流量携热能力有限，大功率系统需要更高流量、更大泵功和更重管路。

未来发展重点包括微通道冷板、高可靠泵、低泄漏快速接头、轻量化管路、自适应流量分配、多支路均流控制，以及与辐射器的集成优化。

3.2.2 两相泵循环：用可控沸腾带走高热流

两相泵循环利用工质的汽化潜热传热。冷却液在蒸发器中吸热沸腾，变成两相流或蒸汽，然后在冷凝器中放热凝结，再回到泵端循环。

它像是让冷却液在芯片附近“可控沸腾”。沸腾会吸收大量热，所以它比单纯让液体升温更适合处理 GPU、AI 加速器和高功率电源模块这类高热流密度设备。

与单相液冷相比，两相冷却可以在较小温升下带走大量热量，适合 GPU、AI 加速器、电源模块等高热流密度器件。它能够降低流量需求，提高温度均匀性，并减少局部热点。

泵驱两相流体回路示意图，图源ICES-2025-169

两相系统的典型组成包括机械泵、蒸发器、冷凝器、储液器、气液管理结构、压力控制单元、辐射器、传感器和控制器。

两相系统的难点集中在微重力环境。地面上气泡会上浮，液体会下沉，很多两相流设计依赖重力；但在微重力中，气液分布、气泡脱离、干涸、回流和气液分离都变得复杂。

两相泵循环未来需要重点突破微重力沸腾传热、蒸发器干涸抑制、并联支路均流、储液器压力控制、气液分离、启动和停机稳定性、低毒低凝固点高潜热工质，以及与可展开辐射器集成。

如果太空数据中心走向高功率 AI 芯片，两相冷却很可能成为核心路线之一。

3.2.3 机械泵回路：主动热控系统的心脏

机械泵回路是主动液冷系统的核心。没有可靠泵，冷却液无法稳定循环，热量无法从计算模块输送到辐射器。

机械泵回路就像主动热控系统的“心脏”。心脏要持续把血液送到全身，机械泵则要持续把冷却液送到热源和辐射器之间。只要泵出现问题，整个热循环都可能受到影响。

机械泵回路不仅包括泵本身，还包括阀门、传感器、储液器、补偿器、过滤器、管路、接头、控制系统和故障隔离装置。对于太空数据中心，机械泵回路必须具备长期无人值守能力。

它面临的主要问题包括泵寿命、轴承和密封磨损、振动对精密设备的影响、工质泄漏、泵前气蚀、多支路流量分配、冗余切换、堵塞和污染物管理，以及故障后的热安全模式。

地面数据中心可以通过人工维护解决泵故障；太空数据中心必须依靠冗余、模块化和在轨维修能力。未来大型轨道数据中心可能会采用多泵并联、分区循环、旁路隔离和可更换泵模块设计。

机械泵回路的未来方向包括无阀自适应回路、磁悬浮泵、低振动泵、长寿命微泵、智能流量控制、泵阀健康监测，以及与数字孪生系统联动的预测性维护。

3.2.4 加热器：太空热控也需要防冻和保温

太空数据中心并不总是在“太热”的状态下运行。低轨平台会进入地影，月球和深空环境会经历长时间低温，计算负载也可能出现低谷。此时，某些设备不是需要散热，而是需要保温。

加热器就像太空数据中心里的“保温补偿器”。当电池、泵阀、管路、传感器或电子设备温度过低时，它负责补一点热，让设备维持在安全工作区间。

常见路线包括电加热器和同位素加热器。近地轨道平台更适合使用薄膜加热器、加热带、柔性智能加热器等电加热方案；深空任务中，如果太阳能不足、温度极低，则可能需要 RHU 或 RTG 这类同位素热源提供长期供热。

对太空数据中心来说，加热器不是主角，但它是安全底线。一个设计良好的热控系统，不仅要能把热排出去，也要能在低温阶段把关键设备“保住”。

3.2.5 热电制冷器 TEC：给敏感器件用的“小型精准空调”

热电制冷器基于珀尔贴效应，通过电流把热从一侧搬到另一侧。它体积小、质量轻、无运动部件、响应快，适合局部高精度控温。

TEC 可以理解为给敏感器件使用的“小型精准空调”。它不适合承担整座太空数据中心的主散热任务，因为它会额外耗电，而这部分电能最终也会变成热。但对于光通信探测器、低噪声电子器件、精密传感器、局部芯片热点或科学载荷，TEC 很有价值。

在太空数据中心里，TEC 更适合作为局部控温工具，与热管、PCM、冷板和辐射器组合使用。它解决的不是“整个平台怎么排热”，而是“某个关键器件如何保持稳定温度”。

3.2.6 可变发射率：会调节散热能力的表面

可变发射率技术可以改变表面对红外热量的发射能力。高温时提高发射率，增强散热；低温时降低发射率，减少热损失。

它像一件会自动调节“透气性”的太空外套：热的时候多散热，冷的时候少散热。对于不断经历日照和地影的轨道平台，这种自适应能力非常有价值。

低轨卫星不断经历日照和地影，热环境周期变化；计算负载也会随任务而变化。如果辐射器发射率固定，系统可能在高负载时散热不足，在低负载或地影阶段又过度散热。

可变发射率技术包括 VO₂ 热致变色涂层、电致变色器件、MEMS 微百叶窗、静电开关结构、形状记忆合金驱动散热结构和热致变色复合材料。

可变发射率技术的挑战包括材料寿命、真空出气、辐射稳定性、循环疲劳、控制复杂度和大面积制造。未来如果能够成熟，它会显著减少加热器和主动控温功耗，提高太空数据中心对轨道环境的适应能力。

3.2.7 热开关/热二极管：让热流按需走路

热开关可以建立或切断热通道，热二极管则让热量更容易沿一个方向流动。它们的作用类似电路中的开关和二极管，只不过控制对象从电流变成了热流。

热开关像热路里的“开关”，热二极管像热路里的“单向阀”。需要散热时打开热路，需要保温时关掉热路；希望热只往一个方向走时，就可以引入热二极管的思路。

太空数据中心内部会有多个热源、多个储热模块、多个辐射器和多个温区。不同任务状态下，热量应该走不同路径。例如，高负载时应打开通往辐射器的热路；地影低温时应切断某些散热路径；PCM 充热和放热阶段也可能需要不同热连接状态。

热开关和热二极管的应用包括控制计算模块与散热器连接，管理 PCM 充放热，保护低温敏感设备，切换主备散热路径，降低非工作设备热损失，提升系统自适应控温能力。

未来发展重点包括提高开关比、降低接触热阻、提升循环寿命、增强抗辐射能力，以及与智能控制系统集成。

3.2.8 液态金属：面向极端热流密度的前沿路线

液态金属具有高导热率、高体积热容和良好的流动传热潜力，是高热流密度散热的前沿技术之一。它可以作为导热界面材料、冷却工质、相变储热材料，或用于特殊流体回路。

液态金属可以理解为一条高导热的“液体金属公路”。普通冷却液负责把热带走，而液态金属凭借更强的导热和传热能力，有机会处理更极端的芯片热流密度。

液态金属的潜在用途包括液态金属 TIM、液态金属冷板、液态金属微通道冷却、液态金属 PCM、电磁泵驱动冷却回路，以及高热流密度芯片局部散热。

它的挑战也非常明显：材料腐蚀、密封和泄漏、凝固与冻融、工质兼容性、电磁干扰、泵送方式、质量和安全性，以及长期可靠性验证不足。

因此，液态金属不太可能成为短期主流通用方案，但它可能在极端热流密度芯片、特殊任务载荷和未来高性能太空计算模块中发挥重要作用。

3.3 主被动复合：未来不会是单一技术胜出

太空数据中心的热管理不会由某一种技术单独解决。更现实的方案是多级复合架构。

芯片级依靠 TIM、导热结构、微通道冷板和蒸气腔；模块级依靠热管、环路热管、PCM 和单相液冷；平台级依靠机械泵回路、两相冷却、热开关和可变发射率；外部排热依靠轻量化可展开辐射器、表面涂层和热管嵌入式辐射板；系统级则依靠热控数字孪生、任务调度和热—电—算—通信联合优化。

未来太空数据中心的技术路线可以概括为四个关键词：

MW 级： 从几十千瓦走向百千瓦、兆瓦级排热能力。

轻量化： 用更少质量完成更大热量排放。

可维护： 泵、阀、冷板、辐射器和计算模块需要在轨更换或隔离故障。

模块化： 算力模块、热控模块、辐射器模块和能源模块可以分阶段扩展。

3.4 技术路线总表

本文下篇，我们将着重介绍国内外主要玩家进展和方案、太空热管理供应链格局、星座级热管理调度、未来趋势分析等，后续还会推出抗辐照芯片设计、超大太阳能帆板相关研究报告，敬请关注。