离子推进器具有高比冲、低推力、寿命长等优点,目前被广泛运用于深空探测、卫星姿态调整等领域。空心阴极作为离子推进器的核心组件之一,其性能影响着整个离子推进器的性能。随着电推进技术的发展,空心阴极逐渐成为研究热点之一。常见的空心阴极研究方法可以分为理论研究、实验研究和数值研究。随着计算机技术的蓬勃发展,数值研究方法逐渐成为空心阴极研究领域十分重要的一种方法。PIC/MCC方法能够对空心阴极中的物理问题进行细致和准确的刻画,能够同时从微观和宏观两个角度很好地描述空心阴极等离子体行为特性,因此PIC/MCC方法在空心阴极研究领域有其独特的优势。截至目前为止,采用PIC/MCC方法对工作在稳态下的空心阴极展开的研究较多,但是对空心阴极的电离等时域特性研究较少。本文基于空心阴极电离过程物理机制研究需求,发展及应用了二维PIC/MCC算法,编写了离子推进器空心阴极二维求解器,对空心阴极电离过程进行了数值模拟和物理分析。本论文的研究工作包括:1.概述了电推进的发展历史以及离子推进器的工作原理,阐述了空心阴极的应用背景和研究价值。解释了空心阴极的工作原理,介绍了常见的空心阴极研究方法以及国内外在空心阴极研究领域的研究动态。2.介绍了空心阴极研究领域中常见的三种数值计算方法:PIC/MCC方法、流体方法和混合方法。对比分析了各种方法的优缺点,解释了本文为何选择使用PIC/MCC方法来对空心阴极进行模拟仿真。3.详细阐述了空心阴极二维电磁PIC/MCC算法,对算法中的各个部分进行了公式推导,主要包括:静场求解、带电粒子运动求解,电流源求解、带电粒子自洽场求解和粒子碰撞求解,给出了空心阴极PIC/MCC算法流程图。4.基于空心阴极二维电磁PIC/MCC算法开发了离子推进器空心阴极求解器,它可以对空心阴极的静电场、电离过程、带电粒子与时变电磁场互作用、等离子体分布演化、电子引出等物理过程进行模拟分析。对比相关商业软件,对求解器的部分模块求解结果的正确性进行了验证。使用该求解器对特定输入参数下的空心阴极模型进行了模拟仿真,并获得了相关成果。