微纳卫星近年来发展十分迅猛,作为给卫星提供姿态调整和位置保持的微推进系统也越来越受到人们的关注。本文研制了一种同轴型微阴极电弧推力器(Co-axial Micro Cathode Arc Thruster,CA-μCAT),该推力器利用真空环境下电弧放电烧蚀金属阴极,电离产生等离子体,并在多物理场作用下高速喷出推力器产生推力。它具有质量体积小、功耗低、工作稳定等特点,非常符合微纳卫星对其动力系统的要求。本文对μCAT系统的工作原理进行了详细的分析,根据相关理论设计研制了一套同轴型μCAT样机,对推力器的关键技术,譬如电弧点火、推进剂头部均匀烧蚀、外加磁场进行了解决。采用同轴布置的棒状铜阳极和圆筒型钛阴极,通过在阴阳极间绝缘体表面涂覆导电薄膜实现无火花塞的真空电弧点火,试验验证μCAT可多次重复点火,且点火电压仅为数百伏。同时,自研了一套外加磁场系统,通过理论分析和仿真建模确定磁场位型和具体参数。此外,基于电感储能升压原理,设计了适配μCAT放电的频率、占空比可调的功率处理单元,通过方波发生器来控制场效应管的通断,进而控制电感的充放电和推力器脉冲频率。在真空舱中进行了累计脉冲10万次以上的点火试验,对推力器的羽流图像、放电特性、阴极烧蚀情况等进行了分析。对推力器脉冲持续时间影响因素进行了试验探究,研究表明,电感存储能量越大,外加磁场磁感应强度越小,脉冲持续时间越长。为得到μCAT的关键性能参数,进一步探究推力器的工作机理,设计并搭建了试验装置。使用精密天平对阴极损耗率进行了测量;针对微牛量级推力测量,建立了打靶法测量μCAT元冲量的装置;通过光谱仪分析羽流光谱,得到羽流中粒子成分;设计了测量离子电流的试验装置,使用球筒型收集板,对不同外加磁场下的离子电流进行测量与分析。结果表明,该推力器能够持续稳定点火运行,点火电压在620V左右;推力器在点火工作一段时间后,电极间电阻在10~5Ω量级波动;羽流成分主要以Ti+和Ti原子为主,同时有部分Ti2+和Cu+存在;电离率在9%~14%,外加磁场的施加可以提高电离率;无外加磁场下,元冲量、比冲和推功比分别为0.485μN·s、195.6s和2.62μN/W;外加磁场的施加能够有效提高推力器的性能参数,在磁感应强度为0.044T时,元冲量、比冲和推功比分别为1.285μNs、518.2s和6.91μN/W;平均推力在10μN量级。