成大研發衛星電漿推進器 點火壽命提升、降低衛星電磁干擾

隨著微型衛星快速發展，如何讓衛星進入太空後能精準調整姿態、變更軌道，甚至在任務結束後安全除役，成為太空科技發展關鍵。成功大學航空太空工程學系特聘教授李約亨率團隊，在國科會支持下，研發多款衛星用電漿推進系統，其中真空陰極電弧推進器（VCAT）已搭載「台灣百合三號」（Lilium-3）立方衛星進入太空進行飛行驗證，成為台灣自主發展微型衛星電推進技術的重要里程碑。

李約亨表示，微型衛星所需推力不同於火箭發射時的大推力，而是要能依任務需求精準調整輸出。例如衛星若只是微調姿態，可透過較低放電頻率產生小推力；若要變軌、除役，或讓衛星返回大氣層燒毀，則需要較長時間、較連續的大推力輸出。團隊目前開發的推進系統，可透過調整放電頻率與兩次放電之間的時間差，改變推進器燃料燒蝕率與推力大小。

李約亨形容，這就像開車踩油門，燃料消耗增加，推力也會變大。團隊實驗發現，當兩次放電的延遲時間縮短時，燃料燒蝕率可提升約3.56倍，代表推進器可產生更大的推力；同時，縮短放電間隔也能降低點火電壓，進一步減少電磁脈衝干擾，對衛星電子系統更安全。

除VCAT外，團隊也持續發展脈衝式電漿推進器（PPT）。李約亨說，傳統PPT原理相對簡單，主要由一對電極與固態燃料組成，通常使用鐵氟龍作為推進劑，並透過點火器在真空中產生自由電子，使電流導通後瞬間燒蝕推進劑，形成電漿並產生推力。這類推進器適合用於衛星精密姿態控制，但過去長期面臨點火器容易失效、高電壓造成電磁干擾，以及放電隨機導致推力指向性不佳等問題。

李約亨指出，傳統PPT的點火器容易因碳沉積而故障，就像機車或汽車火星塞積碳後，引擎可能無法啟動。為了解決這項問題，團隊以真空電弧技術取代傳統點火器，大幅降低因碳沉積造成點火失常的風險，相關技術已取得台灣、美國與日本專利。團隊也透過新設計，將點火壽命從過去可能僅數十發到數百發，提升到百萬次等級。

另一項突破則是降低操作電壓。李約亨表示，過去PPT點火與放電電壓，若搭載於衛星上，可能產生電磁干擾，影響衛星電腦與電子設備運作，這也是PPT過去較少實際應用於衛星的重要原因之一。成大團隊透過點火器設計、同軸式結構與電路板改良，大幅降低點火電壓，有助降低電磁干擾，提高未來實際搭載衛星的可能性。

他說，這類推進器未來可應用於低軌衛星，尤其是微型衛星與立方衛星的姿態控制、軌道維持、變軌與除役任務。例如衛星若要從400公里軌道升至500公里或600公里，或在任務結束後返回大氣層燒毀，都需要推進器提供持續推力，可依不同任務需求調整。

國科會工程處長洪樂文表示，成大團隊近年持續投入衛星電漿推進技術研發，除微型衛星推進器外，也同步布局中大型衛星所需推進系統。未來相關技術可望逐步建立台灣自主太空推進技術與產業能量。