随着近年来航天科技的飞速发展,航天任务及方向呈现出了长时化的重大特征改变。未来航天任务的发展需求标志着电推进由辅助推进向主推进转换的航天推进技术转型正势不可挡的发生着。同时,巨大发展机遇与严峻应用挑战均对航天推进器的工作寿命提出了非常苛刻的要求,因而长寿命航天推进器是未来的必然发展趋势。霍尔推力器作为一种典型利用磁约束等离子体产生动力的航天推进装置,具有高比冲、高效率等突出优势,但工作寿命一直是限制其向更广阔空间发展的主要因素,因此长寿命研究也成为霍尔推力器相关研究中的热门领域。霍尔推力器寿命终结的根本原因是高能离子对放电通道壁面及磁路系统的轰击侵蚀并最终致使霍尔推力器放电失效。磁场是约束控制等离子体的核心因素,因而磁场设计也是实现霍尔推力器长寿命化的最重要方向。本文在磁场设计方面提出了磁场外加载型长寿命霍尔推力器的概念,围绕这种新型霍尔推力器,以其整个通道侵蚀始末的长期工作视角研究其寿命特性、放电特性及性能表现,并阐明其中的物理机理。论证如何通过磁场设计消除限制推力器寿命的关键因素,进而提出磁场外加载型长寿命霍尔推力器的概念。从限制霍尔推力器寿命的最直接因素高能离子对通道壁面的溅射侵蚀出发,分析影响壁面侵蚀速率的因素。然后,通过对比第一代SPT-100与第二代ATON霍尔推力器的磁场构型特点,剖析ATON霍尔推力器凸向阳极弯曲的磁场以及大梯度磁场在降低离子束流发散性,进而削弱高能离子溅射侵蚀壁面强度与区域长度方面的有效性,并进一步分析其在实现长寿命设计方面的局限性。而后根据ATON霍尔推力器在寿命提升方面的磁场设计启示,设想出了通过将高能离子区域进行恰当外移控制进而消除限制霍尔推力器寿命关键因素的设计思路,并通过磁路结构分析与FEMM磁场仿真软件模拟论证了外加载型磁场的磁路实现可行性及方法,从而在磁场设计角度提出了磁场外加载型长寿命霍尔推力器的概念。实现霍尔推力器长寿命设计的磁场设计分析,完善了霍尔推力器实际应用中长寿命需求的设计理论。针对磁场外加载型长寿命霍尔推力器的设计验证问题,利用Particle-in-Cell（PIC）模拟与实验方法研究了磁场外加载程度对推力器寿命特性及性能表现的影响。通过模拟与实验研究发现外加载程度增加对霍尔推力器长寿命化设计具有积极意义,而且通过磁场外加载程度对通道壁面的溅射特性的影响规律,发现存在实现霍尔推力器长寿命设计的磁场外加载程度设计下限。不过,磁场外加载程度的增加会对霍尔推力器性能表现产生负面影响,因而磁场外加载程度存在最优值。外加载型磁场的磁路设计方法与磁场外加载程度的研究,对长寿命霍尔推力器的磁场设计具有重要指导意义。利用PIC模拟与实验相结合的方法研究了磁场外加载条件下的通道设计问题,以及通道侵蚀始末的推力器放电特性及性能差异。实验研究表明磁场外加载型霍尔推力器的放电通道设计应保证通道末端与最大磁场强度位置重合,这样的通道设计方案可以保证推力器的放电稳定性更佳、性能更优,并提出了磁场外加载型霍尔推力器与传统霍尔推力器的通道设计方面的等效性。磁场外加载型霍尔推力器的通道长度及形貌因高能离子溅射而随推力器的工作时长增加发生渐变,实验研究发现相比于通道设计状态,侵蚀后期的推力器放电稳定性及性能均会有所降低,并进一步探讨了磁屏蔽霍尔推力器与磁场外加载型霍尔推力器通道侵蚀后期的相似性与差异性。PIC模拟研究发现增大磁透镜场磁力线的曲率,有助于将放电通道内工质气体电离控制于放电主流区,并减缓高能离子对壁面的侵蚀速率同时缩短溅射带长度。本文通道设计相关的研究对实现总冲量最优的长寿命霍尔推力器工程应用具有重要实用价值,通道设计状态与侵蚀后期对推力器放电过程影响的研究对理解长期工作范围内推力器的放电特性有参考价值。利用PIC模拟与实验相结合的方法研究了外加载型磁场对电子及离子运动行为的影响。通过实验研究磁场位形对阳极环温度分布的影响,发现了磁场强度与梯度对阳极环热功率沉积的影响规律以及电子向阳极运动的主要路径,提出了会切形磁场与阳极环的交点是电子向阳极沉积的主要方式。PIC模拟研究表明通道侵蚀后期的推力器放电稳定性及性能均有所降低是通道变化对电子及离子运动行为影响的结果,通道变短及形成渐扩形貌的变化增大了电子损失且增加了工质气体原子逃逸损失,同时会使电子温度升高而导致磁力线等电势化效果变差,进而加剧离子束流的发散损失,降低推力器的性能并增大了放电振荡。实验研究发现强磁场区磁力线适当内倾是有效限制磁场外加载条件下离子的径向运动行为,进而减小离子束流的发散损失并提升推力器性能的必要选择。磁场对等离子体流动行为影响研究对深入理解磁场外加载型霍尔推力器的放电特性有重要意义且对侵蚀后期的离子束流发散控制有重要实用价值。