2026-06-26 00:00

Susan Hong報導

隨著低軌衛星(LEO)與立方衛星(CubeSat)進入大規模部署，受限於體積與功耗的推進系統設計，成為影響衛星軌道維持、姿態控制與除役任務的關鍵。

在國科會支持下，國立成功大學航空太空工程學系特聘教授李約亨帶領ZAP LAB團隊，成功建立電漿推進技術平台，完成真空陰極電弧推進器(VCAT)太空飛行驗證，並同步開發真空電弧誘發脈衝電漿推進器(VAI-PPT)，加速台灣自主太空動力技術朝商業化推進。

微型衛星進入全任務週期推進架構

在軌道運行的衛星，無論是維持精確軌道、調整姿態，或是除役後重返大氣層，都必須仰賴推進系統。國科會工程處處長洪樂文指出，「衛星在軌運行本質上是動態系統，需要持續進行軌道與姿態微調，推進系統是不可或缺的核心元件。」

李約亨進一步指出，衛星任務已從單一功能，擴展至涵蓋發射入軌、軌道維持、編隊飛行、碎片閃避與最終除役的全生命週期操作。「一顆衛星的一生，每個階段其實都需要動力需求。」他強調，在全球超過1萬6,000顆在軌衛星與持續增加的太空碎片環境下，自主機動能力已由選配轉為必要能力。

在推進技術路徑選擇上，他以「龜兔賽跑」比喻：化學推進如短跑選手，提供瞬間高推力，適用於發射升空與大幅軌道轉移；電漿推進則如長跑選手，以低推力換取長時間穩定輸出，更適合在軌持續姿態與軌道控制任務。

他指出：「火箭發射階段需要化學推進的大推力，但進入軌道後，電推進更適合長時間執行軌道維持與姿態控制任務。」相較化學推進需攜帶高反應性燃料與氧化劑，電漿推進可由太陽能供電，並可使用金屬或固態材料作為推進劑，在安全性與設計彈性上具明顯優勢。

VCAT三明治結構突破壽命限制

ZAP LAB的成果之一是VCAT真空陰極電弧推進器。該系統以固態金屬作為推進劑，不需高壓儲存槽，整體設計僅約1U (10cm×10cm×10cm)，重量低於1公斤、功耗低於5W，特別適用於微型衛星。然而，VCAT長期面臨放電穩定度與壽命限制，關鍵在於石墨層與絕緣層厚度控制困難。

為此，團隊提出多層絕緣體設計，將石墨層與絕緣層交錯堆疊形成「三明治結構」，有效改善放電均勻性與材料劣化。測試結果顯示，推進器壽命由原本數千次放電大幅提升至40萬次以上，在實驗室條件下甚至突破百萬次等級。

李約亨表示，該結構使VCAT逐步具備商用等級可靠度。如今。這一VCAT系統已搭載「台灣百合三號」(Lilium-3)完成太空飛行驗證，初步點火結果與地面測試一致，並完成震動、熱真空循環與電磁相容測試，技術成熟度達TRL 7。

VAI-PPT突破點火與EMI限制

除了VCAT，團隊同步開發VAI-PPT脈衝式電漿推進器，以VCAT真空電弧取代傳統點火器，改善PPT長期存在的點火失效與電磁干擾(EMI)問題。李約亨指出，傳統PPT點火器易因碳沉積失效，如同機車火星塞積碳導致無法啟動。

VAI-PPT脈衝式電漿推進器可將點火壽命提升至百萬次等級，並已取得台灣、日本與美國專利。同時，研究團隊並重新設計放電電路與同軸式結構，使點火電壓由約3,000V降至800V、放電電壓降至300V，有效降低EMI對衛星電子系統的干擾風險。

此外，透過雙脈衝放電控制，推進劑燒蝕率提升3.56倍，整體推進效率較傳統設計提升逾3倍，並可依任務需求調整推力模式，涵蓋姿態控制、軌道維持、太空碎片閃避，並延伸應用於退役衛星離軌再入等操作情境，作為動力輔助機制支援失效或除役衛星的受控再入，以降低長期軌道碎片累積風險。

從實驗室走向產業化供應鏈

從工程規格來看，這兩款推進系統皆控制在0.5U至1U體積範圍內，重量約1至2公斤，功耗低於5W，符合立方衛星設計需求。

在商業化進程方面，李約亨透露，目前已有國內企業與英國團隊合作進行系統整合與技術導入，並持續累積飛行驗證數據。團隊目前已開發五種電漿推進架構，其中三項已進入產業合作階段。

「我們希望未來台灣能擁有完全自主研發與製造的衛星推進系統。」他表示，目前全球衛星推進器市場仍以歐美與日本廠商為主，若能建立本土供應能力，不僅有助於提升台灣的太空自主性，也可補足衛星產業鏈中的長期關鍵技術缺口。

目前VCAT已完成初步飛行驗證，PPT預計3至4年內完成商品化佈局，而與產業合作的連續式電漿推進器則規劃於2029至2030年間完成原型驗證。