Since the first laser was invented, the pursuit of high-energy lasers (HELs) has always been enthusiastic. The first revolution of HELs was pushed by the fusion of laser and aerospace in the 1960s, with the chemical rocket engines giving fresh impetus to the birth of gas flow and chemical lasers, which finally turned megawatt lasers from dream into reality. Nowadays, the development of HELs has entered the age of electricity as well as the rocket engines. The properties of current electric rocket engines are highly consistent with HELs’ goals, including electrical driving, effective heat dissipation, little medium consumption and extremely light weight and size, which inspired a second fusion of laser and aerospace and motivated the exploration for potential HELs. As an exploratory attempt, a new configuration of diode pumped metastable rare gas laser was demonstrated, with the gain generator resembling an electric rocket-engine for improved power scaling ability.

为了提升20 cm离子推力器的抗冲击性能，对现有结构开展了力学分析和试验验证。对栅极组件进行结构等效处理后，采用有限元方法分析了整机的模态和冲击响应谱。分析结果显示，栅极组件结构等效前后的分析结果对比差距8.3%～11.9%；推力器的3个轴向基频分别为246，248，336 Hz，栅极组件和中间极靴是离子推力器的力学薄弱环节并对整体结构稳定性具有重要影响；在冲击载荷1600 g下，栅极组件表面应力主要集中在小孔区边缘处，且形变也主要发生在小孔区；在采取刚度为1000 kN/m的减振措施后，栅极组件的整体形变位移降低了60%～82%。试验结果显示，在10～1200 Hz的低频扫描过程中，推力器3个轴向的基频分别为256，258，348 Hz，与仿真结果基本一致，采用减振措施后的20 cm口径离子推力器通过了1600 g的冲击试验。

脉冲激光烧蚀推进技术具有比冲高和推力可精确控制的特点，既可用于发射有效载荷也可用于星载动力，甚至可用小行星表面物质作为推进剂使其偏转轨道，因此，在航天领域得到越来越多关注。围绕激光单级入轨发射、同步轨道和火星轨道运输；激光微推力器用于航天器姿轨控，以及激光与电组合推进；激光烧蚀操控cm级空间碎片的轨道，以及激光烧蚀操控较大尺寸碎片的姿态；激光烧蚀偏转小行星轨道等方面，对脉冲激光烧蚀推进技术在航天领域研究现状和进展，进行了系统全面地归纳和总结，并对激光平均功率、波长、脉宽和推进剂选材等关键问题，进行了详细分析。

综述了不同阳极结构脉冲金属离子等离子体推进器的放电特性、等离子体生成及传播特性。首先，讨论了一种带有绝缘套筒的裸阳极推进器结构。对比分析了无、有绝缘套筒的裸阳极推进器的等离子体生成及传播特性的区别。结果表明，绝缘套筒阻碍了阴极近旁带电粒子的径向运动，提高了沿绝缘套筒轴向喷射出去的等离子体的喷射性能。此外，发现采用裸阳极推进器结构放电过程中会有大量带电粒子进入阳极。其次，讨论了一种绝缘阳极推进器结构。结果表明，采用绝缘阳极结构进一步提高了沿绝缘套筒轴向喷射出去的等离子体密度。但是，与裸阳极推进器结构相比，等离子体的生成量减少。再次，讨论了一种微孔绝缘阳极推进器结构。结果表明，与裸阳极推进器结构相比，采用微孔绝缘阳极推进器结构生成的等离子体的密度峰值和传播速度峰值分别提高了12.6倍、3.9倍。最后，分别讨论了一种螺旋阳极推进器结构和一种多阳极推进器结构。结果表明，这两种推进器结构分别利用放电过程中形成的自磁场及电场有效提高了等离子体羽流的定向喷射性能。本研究可以为金属等离子体喷射性能的提高以及脉冲金属离子等离子体推进器的设计提供支持。

为了研究30 cm离子推力器束流引出状态对栅极刻蚀的影响，建立了束流引出模型，并采用PIC-MCC方法对CEX离子造成的栅极腐蚀速率进行了计算，最后将计算结果与1500 h寿命试验结果进行比对分析。结果显示：束流正常聚焦时，在3 kW和5 kW两种工作模式下，加速栅和减速栅的质量刻蚀速率分别为(1.11～1.72)×10^?15 kg/s及(1.22～1.26)×10^?17 kg/s。在5 kW工况下，当屏栅上游等离子体密度达到4.03×10¹⁷ m^?3时，束流出现欠聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为4.33×10^?15 kg/s和4.02×10^?15 kg/s；在3 kW工况下，当屏栅上游等离子体密度达到0.22×10¹⁷ m^?3时，束流出现过聚焦现象，此时加速栅和减速栅的最大离子刻蚀速率分别为3.24×10^?15 kg/s和5.01×10^?15 kg/s。寿命试验结果表明，加速栅孔质量刻蚀速率的计算值与试验值比对误差较小，而由于束流离子对减速栅孔的直接轰击，导致减速栅孔刻蚀速率的计算值和试验值差异极大。经研究认为，对屏栅小孔采用变孔径设计，是降低当束流处于欠聚焦或过聚焦状态下，CEX离子造成加速栅孔和减速栅孔刻蚀速率，并提升推力器工作寿命的有效措施。