本文以霍尔推力器在深空探测等长周期空间任务中的应用为背景,针对霍尔推力器中等离子体与放电通道和内磁极的相互作用等问题,采用理论分析、光学诊断为主,辅以数值仿真的方法,开展霍尔推力器中交叉电场和磁场环境下等离子体与放电通道和内磁极相互作用的机理研究。设计了一台放电功率600 W的传统磁场位形霍尔推力器USHT-600,建立了一套完整的霍尔推力器实验测试系统,并实现了推力器稳定运行。磁场有限元三维数值仿真和测量结果验证了磁路中分立外线圈布局下推力器不同纵截面上的磁场位形存在差异以及磁分界面的存在,并分析了阴极位置对推力器运行的影响。建立了一个霍尔推力器等离子体羽流双束激光诱导荧光（Laser Induced Fluorescence,LIF）诊断平台,可对霍尔推力器放电通道和羽流中的等离子体速度分布进行诊断,进而导出离子速度、温度和加速电势等宏观参量,通过离子速度矢量等信息推断出了羽流的大致结构,并获得了与比冲和羽流发散角等推进性能相关的物理量的影响规律,可为推力器的设计和性能优化提供指导。USHT-600推力器的激光诱导荧光诊断结果表明该推力器的推进性能与美国相同功率的先进推力器BHT-600性能相当。采用双束激光诱导荧光诊断平台对霍尔推力器放电通道内外壁面和内磁极附近的等离子体速度进行了诊断,获得了轰击壁面的离子能量,并进一步评估了考虑壁面鞘层电场对离子加速作用时内外壁面的溅射侵蚀速率分别约为1.3?m/h和3.1?m/h。发射光谱（Optical Emission Spectroscopy,OES）诊断结果表明放电通道内外壁面和内磁极的溅射侵蚀速率随放电电压、磁场强度和阳极推进剂流率的增加而增大。设计了具有磁屏蔽效应的磁场位形,并据此研制了一台600 W磁屏蔽霍尔推力器系统MSHT-600,LIF诊断结果表明该推力器具有与BHT-600推力器相当的推进性能。对磁屏蔽霍尔推力器中典型等离子体羽流形态和测试前后放电通道颜色变化的视觉观察,并考虑离子速度分布中高能尾翼上的离子对溅射侵蚀的贡献,结果表明壁面侵蚀速率至少比SPT-100少一个数量级,从而定性和定量验证了设计磁场位形对放电通道的较强屏蔽效应。此外,OES诊断结果首次揭示了传统和磁屏蔽磁场位形霍尔推力器中放电通道和内磁极附近的推进剂等离子体组分与被溅射粒子组分发射光谱强度之间存在的显著差异。标称工况下,磁屏蔽霍尔推力器内磁极中心区B原子发射光谱强度与传统磁场位形霍尔推力器放电通道壁面相当。LIF与OES诊断技术结合一定程度解决了传统和磁屏蔽磁场位形霍尔推力器中等离子体与材料表面相互作用的细致表征问题。最后,采用全PIC-MCC方法对磁屏蔽磁场位形霍尔推力器进行了数值仿真,结果表明磁屏蔽磁场位形条件下,离子运动速度几乎与通道壁面平行,且近壁鞘层电势差较小,从而解释了等离子体对通道壁面溅射侵蚀较弱的主要原因。另外,内磁极表面的溅射粒子密度分布与OES测量结果吻合,且速度诊断结果表明来自通道内壁面附近的离子与通道另一侧的离子在内磁极附近较大电势差下获得较大动能是造成磁屏蔽霍尔推力器内磁极侵蚀较严重的主要原因。综上所述,本文对霍尔推力器中等离子体与放电通道和内磁极的相互作用机理及影响因素进行了系统研究,所得结论可用于指导霍尔推力器的设计改进,并为延长霍尔推力器的整体寿命提供理论支撑。