随着我国载人航天事业的发展,将载人空间站长期运行产生的大量废弃物难题与空间站需要姿轨控的现实需求相结合,极具研究意义。近年来,螺旋波等离子体推力器受到广泛关注并成为空间推进领域新的研究热点,具有长寿命、高效率等特点。因此,本文针对空间站废弃物处理后的几种气体成分（H₂、CO₂和CH₄）,将其作为螺旋波等离子体推力器的推进工质,采用数值模拟与实验研究相结合的方法对复杂工质螺旋波等离子体推力器开展研究,为面向载人空间站应用的复杂工质推力器技术奠定理论基础和技术储备。本文具体研究内容如下:本文论述了传统电推进在使用空间站废弃物作为推进工质中的不足,提出并分析了螺旋波等离子体推力器以废弃物处理后的气体作为推进工质的研究方向和应用优势,结合国内外研究现状,指出了该研究方向的可行性。本文对螺旋波等离子体推力器的高效产生机理及等离子体加速机理进行了理论分析,并基于COMSOL有限元仿真软件,参照常规型工质Ar的螺旋波等离子体放电数值模拟方法,针对载人空间站处理后的三种气体成分H₂、CO₂和CH₄,分别将其作为推进工质,依次开展了螺旋波放电数值模拟,分析了射频功率、放电气压及外加磁感应强度的变化对等离子体性能的影响,并为复杂工质螺旋波等离子体推力器的实验研究提出了一些定性的指导意见。本文利用现有的螺旋波等离子体推力器实验样机,分别以Ar和CO₂为推进工质,初步开展了性能测试,利用射频补偿探针研究了射频功率的变化对等离子体参数的影响。实验研究结果表明,分别以Ar和CO₂为工质均可实现可靠点火,但测得的电子数密度和比冲较低,推力也较小,一定条件下,两种气体放电过程中的电子数密度均随射频功率的增大而增大。通过对实验结果分析,提出了改进方案。等离子体密度相对较低的原因是受实验条件所限,提供的射频功率较小,不能给工质气体提供足够的电离能量;另外,等离子体比冲太低,除了测试系统和计算方法的因素,现有实验样机的外加磁场位型出现了问题,不但不利于双层加速效应的形成对等离子体起到加速效果,甚至可能降低等离子体的速度阻碍其加速喷出,针对此问题,对磁路系统提出了改进设计方案。