Em janeiro, a SpaceX de Elon Musk apresentou um pedido à Comissão Federal de Comunicações dos Estados Unidos para lançar até um milhão de data centers na órbita da Terra. O objetivo? Liberar totalmente o potencial da Inteligência Artificial sem desencadear uma crise ambiental na Terra. Mas será que isso poderia funcionar?
A empresa é a mais recente a exaltar o potencial da infraestrutura de computação orbital. No ano passado, o fundador da Amazon, Jeff Bezos, disse que a indústria de tecnologia se moverá em direção à computação em larga escala no espaço. O Google tem planos de colocar em órbita satélites de processamento de dados com o objetivo de lançar uma constelação com 80 deles já no próximo ano. E, em novembro passado, a Starcloud, uma startup sediada no estado de Washington, nos Estados Unidos, lançou um satélite equipado com uma GPU Nvidia H100 de alto desempenho, marcando o primeiro teste orbital de um chip avançado de IA. A empresa prevê data centers em órbita tão grandes quanto os da Terra até 2030.
Os defensores acreditam que colocar data centers no espaço faz sentido. O atual boom da IA está sobrecarregando as redes de energia e aumentando a demanda por água, necessária para resfriar os computadores. Comunidades que vivem próximas a data centers de grande escala se preocupam com o aumento dos preços desses recursos como resultado da crescente demanda, entre outras questões.
No espaço, dizem os defensores, os problemas de água e energia seriam resolvidos. Em órbitas síncronas com o Sol, os data centers espaciais teriam acesso ininterrupto à energia solar. Ao mesmo tempo, o excesso de calor que produzem seria facilmente expelido para o vácuo frio do espaço. E, com o custo dos lançamentos espaciais diminuindo, e megafoguetes como o Starship, da SpaceX, prometendo reduzir os preços ainda mais, poderia haver um ponto em que mover os data centers do planeta para o espaço faria sentido do ponto de vista dos negócios. Opositores, por outro lado, contam uma história diferente e apontam para uma variedade de obstáculos tecnológicos, embora alguns digam que é possível que eles possam ser superados em um futuro não muito distante. Aqui estão quatro requisitos indispensáveis de que precisaríamos para tornar os data centers baseados no espaço uma realidade.
Uma forma de remover o calor
Os data centers de IA produzem muito calor. O espaço pode parecer um ótimo lugar para dissipar esse calor sem consumir quantidades massivas de água. Mas não é tão simples. Para obter a energia necessária para funcionar 24 horas por dia, sete dias por semana, um data center baseado no espaço teria que estar em uma órbita constantemente iluminada, circulando o planeta de polo a polo, e nunca entrar na sombra da Terra. E, nessa órbita, a temperatura do equipamento nunca cairia abaixo de 80 °C, o que é quente demais para que componentes eletrônicos operem com segurança no longo prazo.
Remover o calor de um sistema assim é surpreendentemente desafiador. “A gestão térmica e o resfriamento no espaço são, em geral, um enorme problema”, diz Lilly Eichinger, CEO da startup austríaca de tecnologia espacial Satellives.
Na Terra, o calor se dissipa principalmente por meio do processo natural de convecção, que depende do movimento de gases e líquidos, como o ar e a água. No vácuo do espaço, ele tem que ser removido por meio do processo muito menos eficiente da radiação. Retirar com segurança o calor produzido pelos computadores, bem como o que é absorvido do Sol, exige grandes superfícies radiativas. Quanto mais volumoso for o satélite, mais difícil será enviar para o espaço todo o calor em seu interior.
Mas Yves Durand, ex-diretor de tecnologia da gigante aeroespacial europeia Thales Alenia Space, diz que a tecnologia para enfrentar o problema já existe.
A empresa desenvolveu anteriormente um sistema para grandes satélites de telecomunicações que pode bombear fluido refrigerante por uma rede de tubulações usando uma bomba mecânica, transferindo, em última instância, o calor do interior de uma espaçonave para radiadores no exterior. Durand liderou um estudo de viabilidade de 2024 sobre data centers baseados no espaço, que concluiu que, embora existam desafios, a Europa deve ser capaz de colocar em órbita, antes de 2050, data centers em escala de gigawatts, no mesmo nível das maiores instalações terrestres. Eles seriam consideravelmente maiores do que os imaginados pela SpaceX, com painéis solares de centenas de metros de extensão, maiores do que a Estação Espacial Internacional.
Chips de computador que possam suportar uma ofensiva de radiação
O espaço ao redor da Terra é constantemente bombardeado por partículas cósmicas e atingido por radiação solar. Na superfície, os seres humanos e seus dispositivos eletrônicos são protegidos dessa mistura corrosiva de partículas carregadas pela atmosfera e pela magnetosfera do planeta. Mas, quanto mais longe da Terra se vai, mais fraca essa proteção se torna. Estudos mostram que tripulações de aeronaves têm um risco maior de desenvolver câncer por causa de sua exposição frequente à alta radiação em altitude de cruzeiro, onde a atmosfera é tênue e oferece menos proteção.
Os componentes eletrônicos no espaço estão sujeitos a três tipos de problemas causados por altos níveis de radiação, diz Ken Mai, cientista principal de sistemas em engenharia elétrica e de computação da Carnegie Mellon University, nos Estados Unidos. Fenômenos conhecidos como perturbações de evento único podem causar inversões de bits e corromper dados armazenados quando partículas carregadas atingem chips e dispositivos de memória. Com o tempo, os componentes eletrônicos no espaço acumulam danos causados pela radiação ionizante, o que degrada seu desempenho. E, às vezes, uma partícula carregada pode atingir o componente de uma forma que desloca fisicamente átomos no chip, criando danos permanentes, explica Mai.
Tradicionalmente, os computadores lançados ao espaço precisavam passar por anos de testes e eram projetados especificamente para suportar a intensa radiação presente na órbita da Terra. Esses componentes eletrônicos endurecidos para o espaço são muito mais caros, porém, e seu desempenho também está anos atrás dos dispositivos de última geração usados na computação terrestre. Lançar chips convencionais é uma aposta. Mas Durand diz que os chips de computador de ponta usam tecnologias que, por padrão, são mais resistentes à radiação do que os sistemas do passado. E, em meados de março, a Nvidia promoveu um hardware, incluindo uma nova GPU, que está “levando computação de IA a data centers orbitais”.
Chen Su, diretor de marketing de IA de borda da Nvidia, disse à MIT Technology Review que “os sistemas da Nvidia são inerentemente comerciais de prateleira, com resiliência à radiação alcançada no nível do sistema, e não apenas por meio de silício endurecido à radiação”. Ele acrescentou que fabricantes de satélites aumentam a resiliência dos chips com a ajuda de blindagem, software avançado para detecção de erros e arquiteturas que combinam dispositivos de nível de consumo com tecnologias sob medida e endurecidas.
Ainda assim, Mai diz que os chips de processamento de dados são apenas uma parte da questão. Os data centers também precisariam de dispositivos de memória e de armazenamento, ambos vulneráveis a danos causados por radiação excessiva. E os operadores precisariam da capacidade de substituir componentes ou se adaptar quando surgissem problemas. A viabilidade e a acessibilidade do uso de robôs ou de missões de astronautas para manutenção são um grande ponto de interrogação sobre a ideia de data centers orbitais em larga escala.
“Você não precisa apenas lançar um data center ao espaço que atenda às suas necessidades atuais, você precisa de redundância, peças extras e reconfigurabilidade, para que, quando algo quebre, você possa simplesmente alterar sua configuração e continuar trabalhando”, diz Mai. “É um problema muito desafiador porque, por um lado, você tem energia e potência gratuitas no espaço, mas há muitas desvantagens. É bem possível que esses problemas superem as vantagens obtidas ao colocar um data center no espaço.”
Além da necessidade de manutenção regular, há também o potencial de perda catastrófica. Durante períodos de clima espacial intenso, satélites podem ser expostos a níveis de radiação suficientes para inutilizar todos os seus componentes eletrônicos. O Sol acabou de passar pela fase mais ativa de seu ciclo de 11 anos com impacto relativamente pequeno sobre os satélites. Ainda assim, especialistas alertam que, desde o início da era espacial, o planeta não experimentou o pior que o Sol é capaz de produzir. Muitos duvidam que os sistemas espaciais de baixo custo que hoje dominam as órbitas da Terra estejam preparados para isso.
Um plano para desviar de detritos espaciais
Tanto os data centers orbitais de grande escala, como os imaginados pela Thales Alenia Space, quanto as megaconstelações de satélites menores propostas pela SpaceX preocupam especialistas em sustentabilidade espacial. O espaço ao redor da Terra já está bastante congestionado. Só os satélites Starlink realizam centenas de milhares de manobras de desvio de colisão todos os anos para evitar detritos e outras espaçonaves. Quanto mais objetos no espaço, maior a probabilidade de uma colisão devastadora que encha a órbita de milhares de fragmentos perigosos.
Grandes estruturas, com centenas de metros quadrados de painéis solares, sofreriam rapidamente danos causados por pequenos pedaços de detritos espaciais e meteoritos, o que, com o tempo, degradaria o desempenho de seus painéis solares e criaria mais detritos em órbita. Operar um milhão de satélites na órbita baixa da Terra, a região do espaço em altitudes de até dois mil quilômetros, pode ser impossível de fazer com segurança. A menos que todos os satélites nessa área façam parte da mesma rede para que possam se comunicar de forma eficaz e manobrar uns em torno dos outros, disse à MIT Technology Review Greg Vialle, fundador da startup de reciclagem orbital Lunexus Space.
“É possível acomodar aproximadamente de quatro mil a cinco mil satélites em uma única camada orbital”, diz Vialle. “Se você contar todas as camadas na órbita baixa da Terra, chegará a um número máximo de cerca de 240 mil satélites.”
E as espaçonaves precisam ser capazes de passar umas pelas outras a uma distância segura para evitar colisões, diz.
“Você também precisa ser capaz de levar coisas para órbitas mais altas e trazê-las de volta para desorbitar”, acrescenta. “Portanto, é necessário haver intervalos de pelo menos dez quilômetros entre os satélites para fazer isso com segurança. Megaconstelações como a Starlink podem ser agrupadas de forma mais densa porque os satélites se comunicam entre si. Mas você não pode ter um milhão de satélites ao redor da Terra, a menos que seja um monopólio.”
Além disso, a Starlink provavelmente gostaria de atualizar regularmente seus data centers em órbita com tecnologia mais moderna. Substituir um milhão de satélites, talvez a cada cinco anos, significaria ainda mais tráfego orbital. Isso poderia aumentar a taxa de reentrada de detritos na atmosfera da Terra de cerca de três ou quatro pedaços de lixo por dia para, aproximadamente, um a cada três minutos, segundo um grupo de astrônomos que apresentou objeções ao pedido da SpaceX à Federal Communications Commission, agência que regula as telecomunicações nos Estados Unidos. Alguns cientistas estão preocupados com o fato de que os detritos em reentrada possam danificar a camada de ozônio e alterar o balanço térmico da Terra.
Lançamento e montagem econômicos
Quanto mais tempo o hardware sobreviver em órbita, melhor será o retorno sobre o investimento. Mas, para que data centers orbitais façam sentido do ponto de vista econômico, as empresas terão de encontrar uma forma relativamente barata de colocar esse hardware em órbita. A SpaceX aposta em seu futuro megafoguete Starship, que será capaz de transportar até seis vezes mais carga útil do que o atual foguete de referência, o Falcon 9. O estudo da Thales Alenia Space concluiu que, se a Europa quiser construir seus próprios data centers orbitais, terá de desenvolver um lançador com capacidade semelhante.
Mas o lançamento é apenas parte da equação. Um desses data centers em grande escala não caberá em um foguete, nem mesmo em um megafoguete. Ele precisará ser montado em órbita. E isso provavelmente exigirá sistemas robóticos avançados que ainda não existem. Diversas empresas já realizaram testes em terra com precursores desses sistemas, mas eles ainda estão longe do uso no mundo real.
Durand afirma que, no curto prazo, data centers de menor escala provavelmente se estabelecerão como parte integrante da infraestrutura orbital, processando imagens de satélites de observação da Terra diretamente no espaço, sem a necessidade de enviá-las. Isso seria uma grande ajuda para empresas que vendem análises a partir do espaço, já que muitos desses conjuntos de dados são extremamente grandes, e a competição por oportunidades de transmiti-los para a Terra, para processamento em estações terrestres, está aumentando.
“A vantagem dos data centers orbitais é que você pode começar com servidores pequenos e aumentar gradualmente, construindo maiores”, diz Durand. “Você pode usar a modularidade. Pode aprender pouco a pouco e desenvolver gradualmente a capacidade industrial no espaço. Temos toda a tecnologia, e a demanda por infraestrutura de processamento de dados no espaço é enorme, então faz sentido pensar nisso.”
Instalações menores provavelmente não farão muito para compensar a pressão que os data centers terrestres exercem sobre os recursos hídricos e elétricos do planeta. Essa visão de futuro pode levar décadas para se concretizar, segundo alguns críticos, se é que chegará a sair do papel.
Tereza Pultarova
