專為長久運作而設計：驅動新一代衛星發展

火箭升空，搭載數十枚衛星。幾分鐘後，衛星部署至精確計算的軌道。火箭返回地球，並準備進行下一次發射。

隨著可重複使用火箭的出現，以及發射次數不斷攀升，進入軌道已成為常態。然而，衛星在軌運行仍仰賴能於整個任務期間維持可靠運作的電子元件。

火箭革命改變了什麼

十年前，若將一公斤（大約相當於六顆蘋果的質量）的硬體發射至軌道，成本至少要$10,000。到了2025年，該數字已顯著降至幾千美元/每公斤，預計到2030年將持續下降。

月球著陸器設計工程師兼航太科學傳播者Lauren Savage表示：「這個航太新時代步調飛快、充滿創新且匯聚了無數夢想家。任務愈趨複雜，並更加重視基礎設施建設，且受惠於火箭的可重複使用性，成本比以往更加親民。」

過去只有科學任務與大型營運商才能進入太空領域，如今已擴展至新創公司、大學和小型研究機構。

在軌道上發射次數與衛星數量的增加，也讓更多寶貴的衛星資料得以取得。地球觀測衛星可追蹤海水溫度、冰層厚度、土壤成分和大氣氣體，並在野火與火山活動發生時進行監測。

隨著這些任務增加，每顆衛星內部電子產品的需求也急劇轉變。

TI航太電源產品線經理Javier Valle表示：「幾年前，由於市場上的產品選擇較少，加上功率需求才剛開始提升，工程師面臨的挑戰相對明確。但在這個航太硬體的新時代中，他們希望能採用體積更小、速度更快且效率更高的裝置於整個衛星電力分配系統。」

在相同或更小的衛星尺寸中實現更強大的功能

先前，衛星會由感測器收集資料，然後傳回地球進行處理。如今，現代衛星直接在軌道上處理資料以降低延遲，而這需要更強大的運算能力。這使得衛星負載功率在過去幾年中從數百瓦增加到數千瓦，而未來的應用情境在不久的將來後可能需要數十千瓦。然而，隨著衛星功率上升，電流與溫度感測以及故障檢測也成為工程設計的挑戰。

同時，衛星的尺寸保持不變或變得更小，這在功率增加的情況下構成了一項挑戰。更強大的運算能力需要更多功率，而更多功率則意味著有更多的散熱需求。在太空真空的環境下，很難將熱能從衛星中移除。因此，工程師需要功率密度更高且效率更高的轉換器。解決方案是什麼呢？

工程師正採用氮化鎵（GaN）FET取代矽FET。與矽相比，GaN能以更高的切換頻率運作，並提供更高的效率，而此更高的效率有助於減緩熱能挑戰。

衛星所處理的大量資料同樣面臨類似的挑戰。無論是來自衛星本身的遙測資料，或是需要以極高速處理與傳輸的資料，TI的半導體都能支援多種功能：

• 電源轉換器能有效率地將電力分配至整個衛星，從太陽能面板的輸出一直到高電流負載。
• 訊號鏈裝置可協助在衛星中傳遞資料，並將類比量測值轉換為處理器可使用的數位資料。
• 嵌入式處理器負責整個衛星的負載處理、馬達控制與監控。

若沒有TI的半導體，我們對太空的許多認識都無從實現。事實上，於1963年首先進入地球軌道運行的積體電路（IC）正是由TI所打造。如今，六十多年過去，TI已在太空探索領域留下深遠的影響，從協助人類登陸月球，到推動當今的火箭革命。

僅在2025年，TI的半導體已被應用於200多次火箭發射任務中。

Javier表示：「我們廣泛且持續擴展的航太級產品組合，幾乎涵蓋衛星的每一個子系統，能滿足不同太空任務的各種需求。」

針對輻射進行設計

為衛星設計電氣功能是一回事；能否完成整個任務則是另一回事。輻射可能是決定衛星能保持正常運作多久的關鍵因素。

在航太中，輻射會透過任務生命週期中的累積性劣化，或是由重離子或太陽活動所觸發的隨機事件，也可能影響電子產品的性能。

Lauren表示：「在此具挑戰性的環境中，半導體的韌性對衛星健康與任務成功至關重要。」打造具抗輻射能力的電子元件，必須從晶粒層級開始，即IC封裝內部的作用區。設計與製造在該輻射環境下具有適當效能的晶粒，需要特殊的零組件與設計技術。

TI已設計出兩種類型的航太產品：抗輻射硬化產品，具備更高等級的抗輻射性能，適用於長期運行的地球同步軌道及深太空探測任務，以及耐輻射產品，其抗輻射性能符合較低等級的要求，適用於低地球軌道的短期太空任務。

Javier表示「我們與客戶合作時會針對其最新挑戰提供解決方案，並滿足各種任務類別的可靠度要求。」

接下來是甚麼？

還記得那個返回地球的火箭嗎？它所部署的衛星能夠執行多年前不可能做到的事情。

而這些衛星技術的進展，體現於他們所帶來的影響力是否已自然融入人們的日常生活之中。由於有通訊衛星，距離最近基地台數百英里外的登山客也能撥打電話；由於有地球觀測衛星，科學家能夠更好地理解自然事件。如果沒有航太中最先進的電子產品，這一切都不可能實現。