针对宇航微波器件功率密度越来越大，空间电子可能诱发微波器件发生微放电的潜在威胁，通过设计特殊波导结构，利用电子枪提供的种子电子入射到特殊波导内，在波导内通入大功率微波信号，利用检波器和示波器分别检测透射波形和反射波形，观察微放电现象的持续过程；改变电子入射能量，观测到不同程度的微放电现象，该电子枪提供种子电子诱发波导微放电效应的实验方法为微波器件微放电效应研究提供了重要手段。

微放电是制约航天器微波部件功率容量的主要瓶颈之一。以介质微波部件中典型的介质加载平行板波导为例，基于三维粒子模拟分别对仅考虑外加微波场（情况1）、考虑外加微波场和空间电荷（情况2）以及考虑外加微波场、空间电荷和介质表面电荷（情况3）三种情况下微放电演化过程中电子数目、瞬态二次电子发射系数、归一化反射波电压以及介质表面与上金属板之间的间隙电压随时间的变化进行了仿真，并给出了情况3电子分布和介质表面电荷密度随时间的变化过程。在此基础上，明确了空间电荷和介质表面电荷在微放电过程中所起的不同作用：即空间电荷会使微放电达到饱和状态，介质表面电荷则导致微放电饱和状态无法持续，最后自行熄灭。介质表面电荷导致了微放电过程中介质和金属瞬态二次电子发射系数下降速率不一致，归一化反射波电压幅度随时间变化的包络类似于“眼睛”形状、间隙电压类直流偏置、非对称电子能量分布等特殊现象。

铁氧体环行器是承载航天器微波系统大功率的关键器件，其大功率微放电效应是影响航天器在轨安全、可靠运行的瓶颈问题。从影响微放电效应的关键因素——二次电子发射特性出发，提出铁磁性微波部件微放电效应物理演变模型，揭示了铁磁性微波部件内部初始自由电子与二次电子运动的空间规律；通过改变铁磁性微波部件表面二次电子发射特性，揭示了铁磁性微波部件抗微放电优化设计的物理原理。在S频段铁氧体环行器中验证了基于表面二次电子发射特性的微放电效应抑制，将器件的微放电阈值从380 W提高至3400 W以上，提升效率大于900%。

为研究空间环境中通用航天器表面覆盖的热控层电磁辐照效应，采用粒子模拟(PIC)和蒙特卡罗(MC)模拟相结合方法，建立了真空环境下电磁辐照航天器热控材料模型，模拟了场致电子发射、次级电子倍增、释气雪崩电离的全过程，并讨论了释气密度对热防护材料表面产生释气电离现象的影响。通过对比不同释气密度下该过程产生的电子和离子情况，获得热防护材料表面释气产生雪崩电离的阈值。模拟结果表明，当铝膜表面气体密度较小时，由于材料表面释气碰撞电离概率偏低而不会发生雪崩电离；只有当释气密度超过阈值时，材料表面释气碰撞电离过程加强，材料表面发生雪崩电离生成等离子体，等离子体吸收电磁波能量，其离子和电子总能量提升，可能对金属铝膜材料造成损伤。

在微波输能窗次级电子倍增效应的模拟研究中，往往忽视低能电子的作用。基于Monte Carlo算法，模拟输能窗次级电子倍增规律，研究了经典的Vaughan模型、Vincent模型和Rice模型三种二次电子发射模型下次级电子倍增效应的差异，通过拟合倍增敏感曲线，获得了低能电子对切向和法向电场作用下输能窗次级电子倍增效应的影响。模拟结果表明，当切向电场作用时，三个发射模型得到的敏感曲线几乎重合，低能电子对敏感曲线的影响甚微，其中Rice模型的敏感区域最大。当法向电场作用时，由Vincent模型拟合得到的敏感区域远大于其他两个模型。