成大團隊研發微型衛星電漿推進系統 完成太空飛行驗證

記者郭曉蓓／臺北報導

國科會支持的成功大學航空太空工程學系李約亨特聘教授帶領的ZAP LAB團隊，今（24）日發表「真空電弧誘發脈衝電漿推進器（VAI-PPT）」，是一種針對微型低軌衛星的電力推進系統，大幅提升傳統推進器的穩定性、也大幅提升點火成功率，其中部分技術已實際在搭載「臺灣百合三號」立方衛星完成太空飛行驗證，成為臺灣自主電漿推進技術重要里程碑。

李約亨說明，當火箭發射、衛星部署、軌道轉變、軌道維持、閃避障礙物、衛星燒毀，都需要動力系統。目前「化學推進」與「電漿推進」是太空載具用來產生推力的兩種核心動力技術。此次發表的VAI-PPT，屬於「電漿推進」，是利用電能將推進劑電離並加速噴出，推力小但持久，不適合火箭發射，但適合衛星軌道維持及調整等。

李約亨進一步表示，VAI-PPT是「真空陰極電弧推進器（VCAT）」與「脈衝式電漿推進器（PPT）」兩種升級優化。其中，傳統VCAT的壽命短、穩定性差、推力小，透過石墨層的電流產生石墨蒸氣，進而誘發電漿生成、燒蝕陰極燃料，但石墨層太薄會壽命短、太厚會直接短路，研發團隊透過獨創的「三明治結構」多層絕緣體設計，使兩極間的點火電壓大幅下降，更易於產生電漿，將放電壽命從1,000次大幅提升至超過40萬次，延長壽命超過400倍，成功解決放電不穩的難題。

李約亨指出，團隊研發的VCAT重量不到1公斤，體積約10公分立方體（1U），耗電低於5瓦，卻能提供衛星在太空中的軌道維持與姿態控制能力。目前團隊已完成超過40萬次地面測試，並通過震動、熱真空循環及電磁干擾等太空環境測試，技術成熟度已達第七級（TRL 7），代表已接近實際太空應用。2025年已搭載在「臺灣百合三號」立方衛星升空驗證飛行履歷，象徵臺灣已具備自主微型衛星電推進技術能力。

另一個「脈衝式電漿推進器（PPT）」，這類推進器利用點火器觸發高電壓瞬間放電，將鐵氟龍推進劑轉化成高溫電漿，再高速噴射產生微小推力，適合衛星進行精密方向控制。不過，傳統PPT的點火器容易像機車火星塞一樣，因碳沉積而失效。研發團隊以真空電弧取代傳統點火器，反而利用碳沉積而相得益彰，點火器電壓大幅下降從原本的3000伏降到800伏，推進器操作的電壓從2000伏降到300伏，避免電磁干擾其他衛星設備，推進效率也比傳統PTT提升為3倍。相關技術已取得臺灣、日本及美國專利。

李約亨表示，今日發表的VAI-PPT，主要用在立方衛星，布局於低軌衛星，且本土自製率逾9成，未來4年有商品化藍圖，象徵臺灣衛星科研自主發展的更進一步能力。

李約亨表示，研究團隊從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相關系統。除了小型衛星推進器外，團隊也同步研發適用於中大型衛星的「射頻離子推進器」、「霍爾推進器」及「尖端磁場推進器」，並已取得階段性成果，除與廠商實質合作，也不排除與國家太空中心合作。

國科會表示，研究團隊未來將持續推動電漿推進技術應用於衛星軌道維持、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，持續提升推進器性能與進行太空飛行驗證，逐步建立臺灣自主太空推進技術與產業能量。