将激光技术应用于电磁加速推力器中，研制了一种新型的激光烧蚀磁等离子体推力器（Laser Ablation Magnetoplasmadynamic Thruster,LA-MPDT），可为我国未来深空探测、载人登月、火星开发等空间任务提供一种高效、先进的推进系统。论文采用理论分析、数值仿真和实验相结合的方法，系统深入地开展了推力器电源设计与仿真、推进性能理论预估、工质烧蚀和烧蚀羽流运动的建模与仿真、改性工质烧蚀特性实验及推进性能实验测量和影响参数分析等研究。
　　针对LA-MPDT的工作特性，提出了LA-MPDT多级点火、放电电源的设计方案，分别建立了点火电路和主放电电路的仿真模型，并数值模拟了推力器的点火和主放电过程。建立了新型机电模型，对推力器的推进性能进行理论预估，并仿真分析了放电电流、阳极半径、工质质量流率和附加磁场强度对推力器推进性能的影响规律。仿真结果表明：增大放电电流、阳极半径和附加磁场强度，降低工质质量流率，有利于提升推力器的推进性能。
　　针对短脉宽强激光烧蚀金属铝工质的物理特性，分别建立了考虑材料热物性变化、相变、介电转变和相爆炸物理机制的工质烧蚀模型，以及考虑等离子体的电离、烧蚀羽流的吸收和屏蔽作用的二维烧蚀羽流动力学模型。耦合计算工质烧蚀和烧蚀羽流运动，完整地描述了铝工质的激光烧蚀和烧蚀羽流运动过程；开展了工质烧蚀特性、烧蚀羽流运动和电离特性的仿真分析。研究发现：随激光能量密度增加，相爆炸作用使大量材料从工质表面剥离进入烧蚀羽流，工质表面温度维持在约5400K；随激光能量密度增加，烧蚀羽流的电离率增加，烧蚀羽流对激光的吸收和屏蔽作用也随之增强，但大部分的激光能量仍沉积于工质内部产生烧蚀作用；烧蚀羽流的峰值速度、峰值温度和电离区域总是处于烧蚀羽流的前端位置；烧蚀羽流与阴极管内壁面的碰撞作用，显著提升了在阴极管内壁面附近烧蚀羽流的温度、速度和电离率；随环境气体压强增加，烧蚀羽流的运动速度、温度和电离率都随之降低。
　　针对短脉宽激光烧蚀聚合物工质PTFE的物理特性，分别建立了考虑材料热物性变化、相变和非傅里叶效应的工质烧蚀模型，考虑烧蚀羽流组分间的化学反应、电离、烧蚀羽流吸收和屏蔽的烧蚀羽流动力学模型和热化学模型。耦合计算工质烧蚀、烧蚀羽流运动和烧蚀羽流组分间的化学反应，完整地描述了PTFE工质的激光烧蚀和烧蚀羽流运动过程；开展了工质烧蚀特性、烧蚀羽流热化学特性和烧蚀羽流运动特性的仿真分析，研究发现：受非傅里叶热效应影响，随热松弛时间增加，工质温度变化的响应时间增加；工质的烧蚀质量流率随吸收系数先增加后减小，在吸收系数为1.0×105cm-1时，工质的烧蚀质量流率最大；环境气体压强越低，烧蚀羽流中各组分的化学反应越剧烈，烧蚀羽流电离率越高。
　　在理论分析LA-MPDT理想工质特性的基础上，提出了PTFE基掺杂金属或金属氧化物的改性工质制备方案和方法，并采用压模烧结成型工艺，制备了多种组分和质量分数的改性工质，进而开展了改性工质激光烧蚀特性的实验研究。研究发现：在PTFE中掺杂金属Al可显著提升改性工质的导热系数，而几乎不改变其相变温度；改性工质的烧蚀质量随工质中的Al含量和单脉冲激光能量近似线性增加，40%Al60%PTFE工质的单位能量烧蚀质量达到2.6×10-4g/J；随Al含量增加，改性工质的内部结构更加致密，激光烧蚀反应更加剧烈，烧蚀的工质材料更多地转化为烧蚀羽流喷出，在烧蚀坑周围的凝结物减少，但黑色的碳沉积增加；随Al含量增加，改性工质烧蚀羽流中的电离率和等离子体密度增加；随着激光能量增加，烧蚀羽流的运动速度、电离率和等离子体密度增加。
　　为获得LA-MPDT的推进性能，建立了基于倒立悬臂梁结构的冲量测量系统，以及基于脉冲安培力的电磁标定装置；开展了LA-MPDT推进性能影响参数的实验研究。研究发现：由推力器放电过程中的电压、电流变化，获得了推力器内等离子体电弧由产生到增强再到熄灭的变化过程；相同激光参数条件下（1000W，1ms），随放电能量增加，推力器推进性能显著提升，放电能量为78J时，推力器实现比冲4800s，推进效率9.1%；相同放电能量条件下（50J），随激光能量增加，推力器比冲逐渐降低，推进效率先增加后降低，在激光能量为2J时达到最大推进效率18.5%；工质质量损失主要由激光烧蚀作用造成，而推力主要来源于等离子体的电磁加速作用。