新網報導驅動未來衛星創新動力自主研發微型衛星電漿推進系統

驅動未來衛星創新動力自主研發微型衛星電漿推進系統

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〔新網記者歸鴻亭台北報導〕　隨著微型衛星技術快速發展與大量部署，具備高效率、低推進劑消耗及系統輕量化優勢的電漿推進器，已取代傳統化學燃料，成為微型衛星精準控軌與永續發展的核心技術。在國科會支持下，國立成功大學航空太空工程學系李約亨特聘教授率領ZAP LAB研究團隊，奠基於「真空陰極電弧推進器(Vacuum Cathode Arc Thruster, VCAT)」與「脈衝式電漿推進器(Pulsed Plasma Thruster, PPT)」雛型技術，成功研發「真空電弧誘發脈衝電漿推進器(Vacuum Arc Induced Pulsed Plasma Thruster, VAI-PPT)」，並升級優化VCAT點火穩定性與系統性能。VCAT更成功搭載「台灣百合3號」(Lilium-3)立方衛星進入太空進行飛行驗證，成為臺灣自主發展電漿推進系統的重要里程碑。

團隊自2014年開始投入電漿推進技術研究，已建立多種衛星用電漿推進器及系統。(國科會提供)
　團隊自2014年開始投入電漿推進技術研究，已建立多種衛星用電漿推進器及系統。所謂「電漿推進器」，就是利用電能把物質轉變成帶電粒子的「電漿」，再高速噴出產生推力，利用反作用力推動衛星前進。此次研發的VCAT，使用固態金屬作為燃料，不需像傳統火箭那樣攜帶高壓燃料桶，因此更輕、更小，也更安全，非常適合體積有限的立方衛星。VCAT重量不到1公斤，體積約只有10公分立方體(1U)，耗電低於5瓦，卻能提供衛星在太空中軌道維持與姿態控制能力。

　VCAT最大挑戰之一，是長時間使用後，易因放電不穩而失效。團隊提出「多層絕緣體(multi-layer insulation)」設計，把傳統的絕緣層與表面石墨層，改成絕緣層與石墨層交錯堆疊的「三明治結構」，大幅提升推進器穩定性，讓推進器的放電次數從原本約1,000次，大幅提升到超過40萬次，壽命顯著增加。

　團隊完成超過40萬次的地面測試，也通過震動、熱真空循環與電磁干擾等太空環境測試，技術成熟度達到TRL 7等級(Technology Readiness Level 7)，代表已接近實際太空應用階段。2025年成功完成初步太空飛行驗證後，也象徵臺灣已具備自主微型衛星電推進技術能力。

　除VCAT，團隊也持續開發另種「脈衝式電漿推進器(Pulsed Plasma Thruster, PPT)」。這類推進器利用點火器觸發高電壓電極瞬間放電，將鐵氟龍推進劑表面汽化並電離成高溫電漿，再以高速噴射產生微小推力，非常適合衛星進行精密方向控制。不過，傳統 PPT 長期有點火器容易像機車火星塞一樣，因碳沉積導致失效的問題。為了解決這問題，團隊提出「真空電弧誘發脈衝電漿推進器(Vacuum Arc Induced Pulsed Plasma Thruster, VAI-PPT)」技術，以真空電弧取代傳統點火器，大幅提升長時間操作穩定性，相關技術已取得臺灣、日本與美國專利。

　更重要的是，團隊成功將推進器的操作電壓從原本高達2,000伏，大幅降低到300伏，不但減少電磁干擾、降低對衛星電子設備的影響，推進效率更提升至傳統系統的3倍以上。此外，也能依不同任務需求調整推力大小，像是在小推力模式下進行衛星姿態控制與軌道維持，而在大推力模式下則可執行閃避太空垃圾或衛星除役返回大氣層燒毀等任務，讓微型衛星具備更高的任務彈性。

　除小型衛星推進器外，團隊也同步研發適合中大型衛星的太空推進系統，包括「射頻離子推進器(RF Ion Thruster)」、「霍爾推進器(Hall Thruster)」與「尖端磁場推進器(Cusp Field Thruster)」，並已取得階段性突破。未來，ZAP LAB團隊將廣泛應用電漿推進技術於衛星軌道維持、太空垃圾減量、多顆衛星編隊飛行、深空探測及低軌衛星通訊等領域，並持續進行推進器性能提升與太空飛行驗證，逐步建立自主太空推進技術與產業能量，讓臺灣在全球太空科技發展中占有一席之地。

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