立方星的快速发展和对任务多元化的需求对于微推进提出了新的需求。微阴极电弧推力器使用固体推进剂,通过功率处理单元(PPU)在推力器两端产生高达数百伏的瞬态高压,在导电薄膜的作用下引发电弧,电离并加速阴极工质,具有高比冲、低功率的工作特性,且无需使用储罐,质量体积较小,适合作为立方星卫星推进系统完成轨道保持、编队飞行等空间任务,具有很好的发展前景。本文首先介绍了微阴极电弧推力器的设计与实验条件,以及推力器等离子体参数测量装置的工作原理,设计并加工了结构简单,可靠性较高的推力器样机。同时设计了基于TOF法测量原理的离子速度测量装置、基于探针的离子电流测量装置以及基于CCD高速相机的阴极斑点旋转速度的测量装置。另外,介绍了试验的真空环境,及各项设备,具备了试验条件,为下一步对推力器的优化提供了保障。其次,研究了推力器设计参数的优化,影响推力器性能的设计参数主要包括磁场环境、阴极与阳极的放电距离、阳极材料、以及导电薄膜等几个方面,测试了不同放电距离下,推力器各项参数性能的影响规律,使用具有烧蚀特性的黄铜材料作为阳极的情况下,推力器的离子电流与离子速度的变化,最后,研究导电薄膜的制备工艺,探究如何喷涂导电薄膜可以更加均匀且满足推力器工作时的阻值,进而提高推力器工作的稳定性。第三,研究PPU与推力器的耦合放电,探究新型电容电路相较于传统电感电路的优劣,分别测试PPU各项参数,包括放电频率、输入电压、电感及电容的大小,以及PPU占空比等在与推力器耦合放电时对于推力器各项参数性能的影响规律,探究通过调整PPU参数,调节应对不同工作需求时推力器的工作模态。最后,探究了微阴极电弧推力器的性能提升方法,提出并设计了阵列化推力器、多环推力器和磁聚焦推力器,其中,阵列化推力器和多环推力器可以大幅提高推力器的工作寿命,还有多种工作模态,适应不同的任务需求。磁聚焦推力器则通过外置电磁场的方式约束羽流,加速离子轴向速度。