Rechenzentren im All: Warum Solarstrom dort lockt – und was bremst

In Europa und weltweit wächst die Nachfrage nach Rechenleistung — vor allem durch KI‑Workloads, die große Mengen Energie und Kühlung brauchen. Viele Betreiber suchen nach Wegen, den steigenden Stromverbrauch zu dämpfen: effizientere Hardware, Standortwahl und erneuerbare Energiequellen auf der Erde helfen, aber sie stoßen an Grenzen. Eine radikal andere Idee lautet: Rechenzentren ins All verlagern, wo Solarenergie nahezu ununterbrochen verfügbar ist.

Das klingt wie Science‑Fiction, ist aber Gegenstand ernsthafter Studien und Unternehmenspläne. Konkrete Konzepte reichen von kleinen Rechenknoten im niedrigen Erdorbit (LEO, Low Earth Orbit) bis zu großflächigen Solarfeldern in höheren Orbits. Manche Pilotprojekte und Studien zeigen deutliche Vorteile beim Energiekostenanteil; andere warnen vor hohen Start‑ und Betriebsrisiken. Wer sich tiefer informieren möchte, findet eine frühere Analyse auf Technologie Zeitgeist zur Vision orbitaler Rechenzentren (vergleiche den Beitrag über Rechenzentren im All auf TechZeitGeist).

Dieser Text macht drei Dinge: er erklärt die physikalischen Gründe, warum Solarstrom im Weltraum interessant ist, er beschreibt praktische Auswirkungen auf Datenübertragung und Anwendungen und er ordnet die wirtschaftlichen und rechtlichen Hürden ein. So lässt sich besser einschätzen, für welche Aufgaben Rechenzentren im All realistisch sinnvoll sein könnten — und welche nicht.

Der zentrale Vorteil liegt in der Energiequelle: In Orbits außerhalb der Erdatmosphäre fällt die Sonnenstrahlung kontinuierlicher und intensiver auf Solarmodule als auf der Erde. Es gibt keine Wetter‑ oder Tageszeiten‑Schwankungen, und die Module können so ausgelegt werden, dass sie lange Zeit nahe an ihrer Nennleistung arbeiten. Das reduziert die benötigte Puffer‑ und Speicherkapazität gegenüber terrestrischen Solarsystemen.

Ein weiterer physikalischer Punkt ist die Kühlung: Im Vakuum kann Wärme hauptsächlich durch Strahlung (radiative Kühlung) abgegeben werden. Radiative Kühlung bedeutet, dass ein Bauteil Infrarotstrahlung in den freien Raum aussendet; dafür sind große, dünne Radiatorflächen nötig. Weil im Vakuum kein Wasser oder Luft zur Konvektion zur Verfügung steht, entfallen Wasserkühlkreisläufe und deren Infrastruktur, die auf der Erde erhebliche Betriebskosten und Wasserbedarf verursachen.

Radiative Kühlung erspart Pumpen, Kühltürme und Wasserverbrauch — führt aber zu einem Flächen‑gegen‑Masse‑Problem: größere Radiatoren bedeuten mehr Startmasse.

Praktisch heißt das: Elektrische Energie pro Modul kann effizienter genutzt werden, weil weniger Energie für Kühlsysteme und Nachtlagerung nötig ist. Studien und Konzepte, die seit 2023–2025 veröffentlicht wurden, rechnen mit deutlich niedrigeren marginalen Betriebskosten für Strom im Orbit; gleichzeitig sind die Anfangsinvestitionen für Starts und Aufbau aber sehr hoch. Die Bandbreite der Modellannahmen ist groß: optimistische Szenarios unterstellen stark sinkende Startkosten (z. B. künftige Starship‑Serienflüge), konservative Szenarios rechnen mit aktuellen Marktpreisen von mehreren tausend US‑Dollar pro Kilogramm Nutzlast.

Einfach gesagt: Solarenergie im Weltraum ist attraktiv, weil der Kapazitätsfaktor der Solarerzeugung hoch ist und weil radiative Kühlung den Bedarf an irdischer Kühlinfrastruktur eliminiert. Zugleich entsteht ein neues Designproblem: Wie bekommt man sehr große, aber sehr leichte Radiatoren sicher und kosteneffizient in die Umlaufbahn? Lösungen reichen von faltbaren Radiatoren über aufblasbare Strukturen bis zu modularen Containern, die in Serie gebaut werden können.

Eine kleine Tabelle fasst typische Unterschiede zusammen:

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Wichtig: Manche Aussagen in der öffentlichen Debatte beruhen auf optimistischen Annahmen über sinkende Startkosten. Tatsächliche Berechnungen müssen diese Sensitivität explizit zeigen. Zu beachten ist auch: Einige frühe technische Veröffentlichungen stammen aus 2021 und sind damit älter als zwei Jahre; sie liefern Kontext, müssen aber gegen aktuellere Studien geprüft werden.

Quellen zu technischen Konzepten und Energieannahmen finden sich bei Raumfahrtagenturen und unabhängigen Analysen (z. B. JAXA‑Studien, Branchen‑Whitepapers und Analysen von Forschungsinstituten).

Ein oft unterschätzter Punkt ist die Datenverbindung. Rechenzentren brauchen nicht nur Energie, sondern auch schnelle und zuverlässige Links zur Erde und zwischen Satelliten. Hier entscheidet sich, für welche Anwendungen orbitale Rechenzentren sinnvoll sind.

Technische Neuerungen wie optische Laser‑Links (inter‑satellite laser communication) ermöglichen heute bereits mehrere Gbit/s zwischen Satelliten und zu Bodenstationen. In niedrigen Orbits (LEO) sind Lichtlaufzeiten zur Erde deutlich kleiner als zu geostationären Systemen, dennoch bleibt die Hin‑ und Rücklaufzeit spürbar: Typische LEO‑Passagen und Gateways erzeugen Latenzen im Bereich von wenigen zehn Millisekunden bis mehreren hundert Millisekunden, abhängig von Routing und Bodeninfrastruktur.

Was bedeutet das in der Praxis? Batch‑Lasten — zum Beispiel das Vorverarbeiten großer Erdbeobachtungsdatensätze, das Training von KI auf aufgezeichneten Datensätzen oder das Filtern von Informationen vor dem Downlink — profitieren stark. Realtime‑Dienste mit harten Latenzanforderungen (z. B. Hochfrequenzhandel in Finanzmärkten) bleiben in den meisten Fällen terrestrisch besser aufgehoben, weil die zusätzliche Hop‑Zeit und Gateway‑Overhead den Vorteil der orbitalen Energieeinsparung zunichtemachen können.

Hybridmodelle kombinieren Orbit‑Rechenleistung mit erdnahen Edge‑Knoten. So kann ein Satellit Rohdaten vorfiltern und nur relevante, stark reduzierte Datensätze zur Erde senden. Für Krisen‑ oder Katastrophen‑Szenarien (Schnellerkennung von Bränden oder Überschwemmungen) hat On‑Orbit‑Processing einen klaren Nutzen: schnellere lokale Entscheidungen und weniger Bandbreitenbedarf.

Einfaches mentales Modell: Betrachte drei Datenwege — (1) lokale Vorverarbeitung im Orbit, (2) Relais zwischen Satelliten via optischen Links, (3) Downlink zur Erde. Die Kosten‑Nutzen‑Bilanz hängt davon ab, wie viel Daten bereits im Orbit reduziert werden können und wie tolerant die Anwendung gegenüber Verzögerungen ist.

Neben Latenz sind Zuverlässigkeit und Sicherheit relevant. Laser‑Kommunikation ist schwerer abzuhören als breitbandige Funkverbindungen, aber Betrieb, Nachverfolgbarkeit und Zertifizierung neuer Frequenzen oder Protokolle sind regulatorische Aufgaben. In der Praxis wird also eine Kombination aus optischen Links, RF‑Gateways und terrestrischen Relais nötig sein, bis sich standardisierte, skalierbare Netzarchitekturen etabliert haben.

Der ökonomische Knackpunkt sind die Fixkosten: Start, Aufbau und mögliche Wartung im Orbit. Ein einzelner Start kann heute noch mehrere Millionen bis zehn Millionen US‑Dollar kosten, je nach Rakete und Nutzlastgewicht. Bei großen, flächenintensiven Systemen summiert sich das schnell zu hohen CAPEX‑Beträgen.

Modelle, die orbitalen Betrieb als günstiger darstellen, setzen oft eine Kombination von Annahmen voraus: stark fallende Launchpreise, lange Lebensdauern der Komponenten, geringe Ausfallraten und Serieneffekte bei der Fertigung modularer Einheiten. Fällt einer dieser Parameter ungünstiger aus, verschiebt sich die Rechnung deutlich gegen den orbitalen Ansatz.

Ein weiterer Punkt ist die Lebenszyklus‑Ökonomie: Auf der Erde entstehen Kosten für Strom, Kühlung, Wasser, Landmiete und regulatorische Auflagen; im Orbit sind viele operative Kosten – etwa Strom‑OPEX – deutlich geringer, die Ersatzteil‑ und Deorbit‑Kosten aber höher. Investoren rechnen daher mit TCO‑Szenarien (Total Cost of Ownership), die Sensitivitätsanalysen auf Startpreis pro Kilogramm, Radiator‑Masse und Komponentenlebensdauer enthalten müssen.

Ein realistisches Investitionsszenario sieht so aus: Zunächst finanzierte Demonstratoren (einige Module) für 1–3 Jahre, um Radiatoren, Kühlsysteme und Link‑Hardware unter realen Bedingungen zu testen. Gelingt die Demonstration, folgen modulare Rollouts mit Serienfertigung, die Stückkosten drücken. Scheitert die Demonstration, bleiben hohe Abschreibungen.

Aus Sicht von Hyperscalern oder Cloud‑Anbietern kann das Interesse entstehen, wenn die Amortisationskurve des ersten Jahrzehnts positiv ist. Viele Studien (branchennahe Whitepapers und Beratungsanalysen) gehen davon aus, dass ein wirtschaftlicher Vorteil nur bei bestimmten Workloads (z. B. on‑orbit AI‑Preprocessing, spezialisierte HPC‑Jobs) erreichbar ist — nicht als generische Ersatzlösung für alle Cloud‑Dienste.

Schließlich spielt die Regulierung eine Rolle in der Investitionsrechnung: Anforderungen an Deorbiting, Haftung und Frequenzlizenzen können zusätzliche Kosten verursachen. Deshalb sind Pilotprojekte und partnerschaftliche Modelle mit Raumfahrtagenturen und Regulatoren ein realistischer Weg, wirtschaftliche Risiken zu mindern.

Orbitales Betreiben von Infrastruktur berührt internationales Raumfahrtrecht, nationale Lizenzen und praktische Sicherheitsregeln. Der Outer Space Treaty (Weltraumvertrag) legt grundlegende Prinzipien fest, darunter die Nicht‑Aneignung von Himmelskörpern; operative Details wie Haftung, Registrierung und Umweltschutz ergänzen nationale Regelwerke.

Ein zentrales operatives Risiko ist Weltraummüll. Große, schwer kontrollierbare Strukturen erhöhen Kollisionseinträge; deshalb verlangen Behörden technische Konzepte für End‑of‑Life‑Szenarien, Deorbiting und Kollisionsvermeidung. Nachhaltigkeit im Orbit ist damit nicht nur ein Nice‑to‑have, sondern eine Bedingung für genehmigte Operationen.

Datenschutz und Datenhoheit werden ebenfalls relevant. Wo Daten gespeichert und verarbeitet werden, beeinflusst Rechtszuständigkeiten. Betreiber müssen klar regeln, wem welche Daten gehören und wie Verschlüsselung und Zugriffskontrolle umgesetzt werden. Dazu kommen Frequenzzuteilungen und Sicherheitszertifizierungen für Kommunikationslinks.

Für Betreiber bedeutet das: Investitionsentscheidungen müssen regulatorische Kosten mitdenken. Kooperationen mit staatlichen Agenturen und klar dokumentierte Deorbit‑Pläne sind heute oft Voraussetzung für Genehmigungen. Langfristig könnten internationale Standards entstehen, die Betrieb, Recycling und Frequenznutzung regeln — diese Standards werden die Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit direkt beeinflussen.

Zu beachten ist außerdem die ökologische Bilanz: Viele Studien rechnen Showcases vor, in denen die Netto‑CO2‑Bilanz positiv ist, wenn Starts pro erzeugter Kilowattstunde über die Lebenszeit der Anlage niedrig genug bleiben. Ob die Bilanz tatsächlich vorteilhaft ist, hängt stark von Starttechnologie und Lebensdauer ab; hier sind unabhängige Lebenszyklusanalysen wichtig.

Rechenzentren im All nutzen einen konkreten physikalischen Vorteil: konstante Solarenergie und radiative Kühlung, die Betriebskosten senken können. Gleichzeitig erzeugt die Verlagerung in den Orbit neue Kosten‑ und Risikodimensionen: hohe Startkosten, thermisches Design, Latenzfragen und regulatorische Auflagen.

Für bestimmte Anwendungen — etwa On‑Orbit‑Vorverarbeitung von Satellitendaten, spezialisierte KI‑Workloads und resiliente Offsite‑Backups — sind orbital betriebene Rechenzentren plausibel und sinnvoll. Als universeller Ersatz für terrestrische Cloud‑Infrastruktur sind sie es dagegen nicht: Entscheidend bleibt die ökonomische Sensitivität gegenüber Startpreisen, Radiator‑Masse und Komponentenlebensdauer.