惯性静电约束推力器(Inertial Electrostatic Confinement Thruster,IECT)是一种新型的静电式电推力器,主要利用惯性静电约束的电离机制与粒子约束机制使电离室内的工质气体高度电离,并通过改变栅极结构的方式使等离子体从电离室喷出产生推力。在10Pa左右的气压条件下,惯性静电约束推力器喷射的等离子体密度可达1015~1018m-3量级,该推力器具有结构简单、抗烧蚀、无空心阴极、长寿命等优势,在临近空间推进、深空探测等领域具有广阔的应用前景。本文归纳总结了国外研究机构对惯性静电约束推力器的研究工作,利用球形双层理论对其工作原理进行分析,其原理主要包括IECT低电压放电机制与IECT束流引出机制。并介绍了描述惯性静电约束推力器内部物理性质的粒子运动轨迹模型、离子分布模型以及电势模型。使用COMSOL仿真软件建立了推力器电离室的二维轴对称模型,对推力器放电产生的电子数密度、反应速率与碰撞功率损耗等参数进行数值模拟。分别模拟不同结构推力器的等离子体参数并进行对比分析。模拟结果表明不同结构的IECT在不同的气压范围内工作,可以针对不同背景气压的工作条件灵活设计推力器尺寸。另外在设计IECT样机时在满足阴极几何透过率的必要条件下适当增大推力器的栅极密度,能够提高喷射的电子数密度并减小羽流发散角。对同一推力器在不同工况下的放电状况进行模拟,模拟结果表明推力器喷射的等离子体密度随背景气压与阴极电压的增大而增大。本文根据模拟结果设计了一台圆柱形惯性静电约束推力器样机,并通过自主搭建的实验系统对所设计的推力器样机进行放电性能测试,测试结果表明本文所设计的推力器能够在气压5~20Pa、阴极电压-500~-1500V的工况下稳定工作。记录并绘制推力器在背景气压为11Pa时的伏安特性曲线。分别改变背景气压、阴极电压、工质气体质量流量等条件,观察推力器放电现象并使用朗缪尔探针系统对推力器羽流进行诊断。实验结果表明增大背景气压或阴极电压,推力器内等离子体形状变化较大,羽流中的等离子体密度增大;增大工质气体的质量流量,羽流形状未发生明显变化,而羽流中的等离子体密度略微增大。