建立了螺旋波等离子体推进器中双层等离子体形成过程的一维全粒子PIC模型,讨论了放电过程中电子加热模型和等离子体膨胀模型,计算了不同条件下螺旋波等离子体推进器中双层等离子体的分布。结果表明：采用氩气工质,在射频电流90 A/m_{2和工作压强0.05~0.15 Pa的条件下,可产生双层等离子体,其密度为1.3×1015~2.8×1015 m-3,双层电势降为10~30 V,可加速氩离子束流,喷射速度为3~12 km/s,双层加速效应对推进器的性能具有一定影响。}

Kr是新型低成本离子推力器的优选工质之一.采用三维PIC粒子模拟方法对Kr等离子体在栅极系统中的输运过程进行仿真,并与Xe工质仿真结果进行对比,分析工质类型对束流分布、离子通过率、发散角损失和推力等参数特性和分布的影响.结果表明:相比于Xe工质,Kr工质条件下,屏栅上游鞘层区域更大,屏栅离子通过率略有上升;Kr+在加速栅孔轴向速度较大,径向位移小,撞击加速栅几率小,加速栅电流相对较小;Kr工质和Xe工质的发散角损失相当,但Kr工质工作电流区域更高;相比于Xe工质,相同功率条件下Kr工质的推力值约降低20%.

采用2维自洽完全流体模型，数值研究了阳极为通孔的高气压微腔放电结构中等离子体参数的变化过程。模拟结果获得了当氩气压强为13.3 kPa时，放电中的电势分布、等离子体密度分布、径向电场分布和电子温度分布等重要参数的演化过程。模拟结果表明在放电过程中，阴极附近的电场由轴向电场逐步转变为径向电场，等离子体密度最大值位于放电腔中间处，并随时间推移由阳极附近向阴极附近移动，电子温度的最大值出现在阴极环形鞘层区域。

为在高气压下形成大体积均匀等离子体, 将微空心阴极放电(MHCD）作为等离子体阴极, 引入另一阳极而设计为微空心阴极维持放电(MCSD）的发生装置。 实验研究了MCSD的产生放电条件, 通过在氩气中添加少量氮气, 分析氮分子第一正带系发射光谱的方法测量了MCSD中羽流区不同位置的气体温度。 研究表明, 当等离子体阴极电流增加到一个临界值(约为0.5～1 mA）以后, 在等离子体阴极与诱导阳极之间才会出现大体积辉光放电, 羽流区气体温度在实验条件下约为500 K。 MCSD减缓了辉光向弧光的转变, 在高气压下可产生稳定的大体积辉光放电。

针对微空心阴极放电(MHCD)装置, 通过在氩气中添加少量氮气, 分析氮分子第一正带系N2(B3ΠgA3+u)发射光谱的方法测量了MHCD中的气体温度, 通过氩气中混有的少量氢气, 分析Hβ谱线Stark加宽得到电子数密度。 研究表明, MHCD在极小的体积和很高的功率密度下维持放电, 致使发生了明显的气体加热现象, 气体温度可高于700 K, 并且随着放电室压强和放电电流呈有规律的变化, 具有较好的可控性, 电子数密度的量级为1014～1015 cm-3。 通过对不同条件下等离子体特性参数的诊断和分析, 得到了其量级和变化规律, 对MHCD的广泛研究和应用提供了重要的实验数据和技术支持。

微空心阴极放电推力器是一种新颖的电热式微推力器, 利用纳卫星提供的1～10 W的功率可提高微推进装置的性能。为了预示该推力器的性能, 结合实验中测量的气体温度值和火箭发动机原理, 初步计算得出微放电推力器的推力范围为几十至上千μN, 以氩气为工质比冲量级为600～1 000 N·s/kg, 以氦气为工质比冲量级为3 000 N·s/kg。研究结果表明, 微空心阴极放电较小的尺寸结构与强烈并可控的气体加热相结合, 可以开发应用在电热式微放电推进中, 作为微小卫星, 尤其是纳卫星和皮卫星的动力系统。

采用粒子网格单元和蒙特卡罗碰撞方法,建立了离子推力器羽流场的2维轴对称模型,对其特性进行了数值模拟,并将模拟结果与实验测量数据进行了对比分析。研究结果表明:数值模拟结果与实验测量值基本一致,模型可以很好地评估离子推力器的羽流特性;返流区离子数密度达到1014 m-3量级,会对航天器表面产生污染;背压对束流区域外电荷交换离子影响较为显著,不可忽略。