Space datacenters voorlopig nog sciencefiction
Tekst: Alfred Monterie Beeld: ENVATO
Begin februari voegde Elon Musk zijn ai-bedrijf xAi bij zijn rakettenfirma SpaceX om ‘de meest ambitieuze, verticaal-geïntegreerde innovatiemachine’ te vormen waarin ai, ruimtevaart, space-based internet en direct-to-mobile communicatie samenkomen. Musk stelde dat ‘het lanceren van een miljoen ton satellieten per jaar met 100 kW rekenkracht per ton jaarlijks 100 gigawatt ai-rekencapaciteit zou toevoegen, zonder voortdurende operationele of onderhoudsbehoeften. Uiteindelijk is er een pad om 1 TW per jaar vanaf de aarde te lanceren. Mijn schatting is dat binnen twee tot drie jaar de goedkoopste manier om ai-computing te genereren in de ruimte zal zijn.’Â
Plannen prematuur
Musks visie om tot een miljoen ton ai-satellieten te lanceren die functioneren als ai-datacenters is bepaald niet onomstreden. Vrij unaniem is de mening die Computable optekende, dat de plannen van de rijkste man ter wereld in ieder geval prematuur zijn. Realisatie is niet onmogelijk, maar dan moet er veel, zo niet alles, meezitten.Â
Patrick Bolder, strategisch adviseur NLR (Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum) en HCSS (The Hague Centre for Strategic Studies), ziet qua technologie wel kansen. Maar hij gaat er niet vanuit dat de Amerikaanse tech-miljardair zijn droom snel realiseert. ‘Het kan nog wel tien tot vijftien jaar duren voordat dit soort datacenters rendabel worden.’
Ook Rick Pijpers, bestuurslid NSDC (Nederlandse Soevereine Datacenter Coöperatie), denkt dat Musk nog een lange weg te gaan heeft. Bolder en Pijpers denken dat het realisme bij Musk nog ver is te zoeken. Behalve economische, ecologische, juridische en politieke bezwaren zijn er ook technische belemmeringen.Â
Debris-mitigatie
Een belangrijk onderzoeksgebied van NLR betreft debris mitigatie; het geheel aan maatregelen om het ontstaan van nieuw ruimtepuin te voorkomen en bestaand puin minder gevaarlijk te maken. Satellieten en raketten moeten zo worden ontworpen dat ze geen onderdelen verliezen tijdens normaal gebruik. Ook het voorkomen van explosies en fragmentaties is belangrijk. Veilige verwijdering na het einde van de levensduur is het streven. Een van de maatregelen is een satelliet uit zijn baan te halen en die gecontroleerd te verbranden. Ook het verplaatsen naar een hogere, minder drukke baan is een optie.Â
Het mooie is dat Nederland juist een aantal belangrijke knelpunten voor Musk kan oplossen. Bolder: ‘Laser-communicatie maakt het mogelijk data veilig en duurzaam naar de aarde te brengen. Ook bij de ontwikkeling van energiezuinige photonica loopt Nederland voorop. En om de risico’s op botsingen tussen satellieten en brokstukken in de ruimte te verminderen zijn geavanceerde radars nodig. Thales in Hengelo maakt radars met een bereik van wel tweeduizend kilometer. Deze drie technische ontwikkelingen zijn cruciaal voor het slagen van Musk’s plannen.’
Desondanks heeft Bolder nog veel vraagtekens. Voor een aantal problemen is geen snelle oplossing te voorzien. Musk stelt dat ai-datacenters in de ruimte de enige manier zijn om echt te schalen. Volgens de miljardair wordt de ruimte niet voor niets ‘ruimte’ genoemd. Maar de realiteit is dat de lage aardbanen (500 tot 2500 km boven de aarde) die zich het beste lenen voor datacenters, al behoorlijk vol zitten. Je vindt daar satellieten, brokstukken daarvan, rondzwevende onderdelen en ruimtepuin. Alle kans dus op cascade-effecten. En bij grote constellaties nemen de risico’s op botsingen exponentieel toe.Â
Bolder waagt het dan ook te betwijfelen of voor de aantallen satellieten die Musk in zijn hoofd heeft, wel voldoende plek is. En ook geopolitiek zit dit moeilijk. Behalve Musk en mede-miljardair Bezos (Amazon) heeft ook China enorme ambities om de banen rond de aarde met satellieten te vullen. En de ruimte wordt ook steeds belangrijker voor militaire operaties, wat weer tot extra spanningen kan leiden.Â
Koeling
Musks idee dat de zon in de ruimte altijd schijnt en de hoeveelheid energie kolossaal groot is, klopt natuurlijk wel. Maar daartegenover staat dat de koeling van de chips een uitdaging is. Bolder: ‘Aan de zonzijde ontstaat een enorme hitte, terwijl het aan de andere kant heel koud is. De hitteafvoer in vacuüm is moeilijker dan op aarde. Vloeistofleidingen kunnen de chips koeler maken, maar dat maakt de satelliet weer zwaarder. Snelle oplossingen zijn er niet.’ Chips zijn bovendien niet goed bestand tegen straling. De apparatuur in de datacenters zal snel moeten worden vervangen.
Thermisch beheer
Met ai-workloads neemt de vermogensdichtheid in datacenters aanzienlijk toe. Dit verandert de eisen aan de infrastructuur. Koeling, energieverbruik en systeemevaluatie moeten opnieuw worden bekeken. Een factor die lange tijd als een bijproduct werd beschouwd, komt nu in beeld: restwarmte. Een rack met een stroomverbruik van 150 kilowatt zet bijna al deze energie om in restwarmte. Alleen luchtkoeling is niet langer voldoende.
Thermisch beheer is een van de voornaamste uitdagingen waarvoor Musk zich gesteld voelt. De afvoer van hitte in een vacuüm, zoals in de ruimte, behoort tot de grote thema’s waar het NLR onderzoek naar doet. Het kwijtraken van warmte is geen sinecure. NLR ontwikkelt modellen, tools en ontwerpconcepten om warmte af te voeren, componenten te koelen en complete thermische systemen te integreren in toekomstige ontwerpen.Â
Daar komt bij dat onderhoud zeer moeilijk en kostbaar is. Een ander knelpunt zijn de hoge kosten die de bouw van datacenters in de ruimte met zich meebrengt. Datacenters hebben een hoog gewicht. Musk speelt met de gedachte wel een miljoen extra servers de ruimte in te sturen. Een server rack weegt al gauw meer dan duizend kilo. En de lancering kost minimaal tweehonderd dollar per kilo, stellen deskundigen.Â
Bolder: ‘De kosten van een lancering zijn per kilo materiaal dat naar de ruimte wordt gebracht, de afgelopen jaren weliswaar flink gedaald, maar nog altijd aanzienlijk. SpaceX heeft met zijn Falcon 9 raketten op dit gebied indrukwekkende resultaten bereikt. Toch is er nog een flinke kostendaling nodig om dergelijke projecten rendabel te maken. Volgens Bolder kan dat nog wel tien tot vijftien jaar duren.Â
Zoektocht nieuwe infrastructuur
Ai verbruikt veel stroom op aarde. Volgens Musk lopen de energie‑ en koelcapaciteit van datacenters tegen de grenzen aan. Bedrijven als Starcloud schetsen hun concepten vaak als kolossale satellieten, waarbij een compacte ai‑server kern wordt omgeven door enorme ringen van zonnepanelen die de installatie van stroom voorzien.
Stijn Grove, managing director Dutch Datacenter Association (DDA), noemt het idee van datacenters in de ruimte technologisch interessant. ‘Dit past in de bredere zoektocht naar nieuwe infrastructuur voor een snel groeiende digitale economie. Vanuit de datacenter-sector zien we het vooral als een mogelijke aanvullende ontwikkeling, niet als een vervanging van de bestaande infrastructuur op aarde.’Â
Rick Pijpers (NSDC) denkt dat deze op zonne-energie gebaseerde rekencapaciteit vooral de basisvraag voor het trainen van ai-modellen kan dekken. Net als kernenergie en waterkracht vormt zonne-energie vanuit de ruimte een continue bron van stroom. Verschillen tussen dag en nacht zijn er niet. Maar ook Pijpers noemt de praktische haalbaarheid van Musk’s ideeën beperkt. Hij vindt het een aannemelijk scenario dat kernfusie in reactoren op aarde in de toekomst de vraag naar rekenkracht voor ai-training gaat dekken.
Bedrijven met plannen voor datacenters in space
1. Starcloud
Amerikaanse startup die specifiek datacenters in lage baan om de aarde bouwt. Lanceerde in 2025 de satelliet Starcloud-1, met o.a. een ai-gpu. Dit wordt gezien als het eerste echte operationele orbital data center.
2. Axiom Space
Bouwt een commercieel ruimtestation dat ook een datacenter moet bevatten. Eerste module gepland rond 2026, met een orbital data center rond 2027.
3. Orbital
Bouwt infrastructuur voor ‘Orbital AI factories’. Heeft al servers op het International Space Station getest.
4. SpaceX
Heeft plannen ingediend voor een constellatie van mogelijk tot een miljoen ton aan ai-datacenter-satellieten.
5. Blue Origin
Werkt aan ruimte-infrastructuur die ook space-based computing en datanetwerken moet ondersteunen.
Pijpers: ‘Op de termijn van drie tot vijf jaar die Musk denkt nodig te hebben om de eerste ruimte-datacenters draaiende te krijgen, zijn alleen heel kleine voorlopers mogelijk. Maar dan spreek je echt om rekencapaciteit in de marge.’ Voorlopig gaat Musk uit van theorie. Hij heeft echter wel bewezen snel ideeën vanuit de theorie naar de praktijk te kunnen brengen. De satellieten die SpaceX lanceerde voor communicatie tot in de verste uithoeken van de wereld, zijn een groot succes.Â
Latency
Grove ziet eveneens grote vraagstukken rond latency, connectiviteit, onderhoud, betrouwbaarheid en enorme kosten van lancering en infrastructuur. Data moet uiteindelijk altijd naar gebruikers en netwerken op aarde, waardoor terrestrische netwerken en datacenters essentieel blijven. Grove: ‘Daarom is het realistischer om dergelijke initiatieven te zien als experimentele of aanvullende capaciteit voor specifieke toepassingen, bijvoorbeeld voor bepaalde vormen van high-performance computing of specifieke dataverwerking dicht bij satellietsystemen. Het zal echter niet de bestaande datacenter-architectuur vervangen.Â
‘De ontwikkeling van digitale infrastructuur beweegt juist richting een steeds meer gedistribueerd model. We zien een combinatie van grote internationale hubs, nationale en regionale datacenters en een groeiend netwerk van edge-locaties. Die infrastructuur groeit omdat de vraag naar data, compute en opslag blijft stijgen. Nieuwe concepten, of dat nu onder water, in de ruimte of in andere innovatieve vormen is, kunnen daarbij een rol spelen. Maar ze zullen vooral aanvullend zijn op de bestaande ecosystemen die de digitale samenleving vandaag al draaiende houden.’
