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由于APPT（Ablative Pulsed Plasma Thruster,APPT）具有结构简单、工作稳定可靠、推力范围大、单脉冲冲量小、比冲高、重量轻、研制成本低等优点,适合承担现代小卫星的姿态控制、轨道转移、阻力补偿、星座相位控制、编队飞行以及深空探测的主推进系统等飞行任务。本文采用理论分析、数值模拟和实验相结合的方法,系统深入地开展了APPT工作过程的建模与仿真、推力器结构对APPT综合性能影响的理论分析与实验、放电通道内等离子体羽流非接触式诊断及工质改性等研究。考虑聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene,PTFE）在烧蚀过程的相变过程、相变界面随温度的变动、烧蚀表面随工作过程退缩以及工质对辐射能量的吸收等因素,建立了PTFE的一维工质烧蚀模型。考虑工质烧蚀的具体过程,建立了能够模拟工质烧蚀过程的新型机电模型,并以LES-6 PPT为对象对改进的机电模型可靠性进行了验证。通过改变电参数和结构参数对APPT的工作过程进行了仿真研究,研究了推力器结构参数和电参数对工质烧蚀过程和推力器综合性能的影响。设计了一台极板间距可调的APPT地面实验样机,搭建了APPT微冲量、单脉冲工质烧蚀质量和放电波形测量实验台,提出用于扭摆的电磁阻尼方法,采用该电磁阻尼方法可以有效减少扭摆振荡衰减时间,提高APPT元冲量的测量效率。开展了极板形状与极板张角对推力器综合性能影响的理论和实验研究,研究表明:增大极板张角和减小极板末端宽度可以增大推力器的电感梯度,提高推力器效率理论上限;矩形极板和舌形极板的单脉冲工质烧蚀质量随极板张角的增大先增加后减小,梯形极板的单脉冲推进剂烧蚀质量随极板张角的增大一直增大;矩形极板和梯形极板的元冲量随着极板张角的增大而增大,舌形极板的元冲量随极板张角的增大先增大后减小;推力器比冲随极板张角的增大先减小后增大,其转折点随着极板末端宽度的减小而逐渐前移,当极板末端宽度减小到某一阀值后,推力器比冲只随极板张角的增大而增大。设计并搭建了时空分辨光谱和高速摄影实验台,设计了一套用于时空分辨光谱和高速摄影实验的可采用外部触发信号进行点火的点火系统,开展了APPT放电通道内的等离子体时空分辨光谱和高速摄影诊断实验研究。研究发现:放电通道内等离子体整体数量与放电电流强度呈正比,且呈周期性变化;放电之初,等离子体层在工质烧蚀表面附近分布较均匀,随着放电过程的进行,等离子体层的厚度逐渐变得不均匀,在靠近阳极和靠近阴极处逐渐形成两团等离子体微团,两个等离子体微团呈现出的整体运动速度和方向不同,两个等离子体微团会在距离工质烧蚀表面一定距离处交汇;在放电后期,仅在距离工质烧蚀表面一定距离处存在很窄的电离区域形成电流通道;组成放电通道内的等离子体羽流的粒子主要包括CI、CII、CIII、FI、FII、CuI、CuII和CuIII等;随着距离工质烧蚀表面的距离逐渐增大,等离子体微团中的粒子种类变化不大,等离子体密度逐渐趋于均匀;放电通道内的等离子体温度总体呈先增大后减小的变化趋势,由于等离子体微团交汇会产生等离子体温度的扰动,造成局部区域的等离子体温度具有较大波动;采用光谱检测和高速摄影图像处理两种方法得到的最大等离子体最大运动速度分别可达45454m/s和46800m/s。在理论分析适用于APPT的理想工质应具备的工质特性的基础上,提出了基于PTFE的填充改性方案,并采用压模烧结成型工艺制备了10%Si90%PTFE、10%Al90%PTFE和10%Al2O390%PTFE三种掺杂填充改性工质和100%PTFE共四种工质。利用场致发射电子显微镜对不同工质的烧蚀表面的微观形貌进行了研究,研究发现:100%PTFE烧蚀表面较为光滑,工质烧蚀表面不同位置处的烧蚀量较为均匀,几乎没有侧面烧蚀,烧蚀表面无积碳;经过填充改性的工质烧蚀表面的烧蚀量极不均匀,由阳极侧到阴极侧烧蚀量逐渐减小,侧面烧蚀严重,侧面烧蚀量也由阳极侧到阴极侧逐渐减小;经过填充改性的工质的填充物和PTFE基体烧蚀速率不同,烧蚀表面覆盖着不同程度的大小不等的填充物颗粒,工质烧蚀表面较为粗糙。分别对采用四种不同改性工质的推力器放电通道内等离子体开展了时空分辨光谱和高速摄影研究,研究发现:相比于采用100%PTFE的推力器,采用掺杂填充改性工质推力器的放电通道内检测到等离子体的时间较晚,在放电通道内存在不同程度的反向等离子体羽,且等离子体密度相对较低,等离子体运动方向杂乱。分别对采用四种不同改性工质的推力器在不同工作参数下的性能参数进行了测量和计算,研究发现:在低的放电能量下,填充物可以有效减少单脉冲工质烧蚀质量,提高等离子体的电离度,有效提升推力器的比冲和推力效率;而在较高放电能量下,由于PTFE基体烧蚀速度较快引起填充物以大颗粒中性分子的形式被烧蚀,造成单脉冲烧蚀质量急剧增大,从而降低推力器的总体性能。