在航天器活动的空间环境中，空间碎片是一种不可避免的空间环境要素，尤其是微小空间碎片，其数量巨大，航天器在轨道运行期间将不可避免的与之发生超高速碰撞，对航天器表面形成各种损伤。国内外对微流星与微小空间碎片对航天器产生的各种影响，通过天基探测、地面模拟实验等手段开展了大量研究。在各种地面模拟实验装置中，等离子体驱动微小碎片加速器在加速微粒材料、尺寸和速度控制上有其独特的优势，为了进一步提高该装置加速碎片的速度，模拟空间超高速碎片，有必要对该装置进行了进一步的优化研究。　　 本篇论文以国家自然基金项目为依托，针对该加速器特点分别以理论分析、数值模拟和光谱实验三种手段对如何优化等离子体驱动微小碎片加速器进行了研究。通过光谱仪测量等离子体离子谱线的多普勒频移，探索等离子体轴向速度随放电条件和工作气体的变化关系，并利用雪耙模型对同轴枪内等离子体的物理过程进行数值模拟，两者结果相符，表明放电电压与等离子体轴向速度正向相关，而放电中的工作气体压强在现有工作范围内对轴向速度影响不明显。在此基础上，进一步对影响等离子体速度的各项参数之间的关系进行解析法分析和数值模拟。这些工作对优化实验装置提供了理论和实验上的依据。　　 论文另一部分主要工作是研究微米级超高速碎片撞击充电材料形成的等离子体诱发放电的现象。这部分研究内容新颖，结果表明：在空间环境中表面充电材料被高速飞行的微小碎片撞击时，能够抛射出等离子体，在航天器表面诱发静电放电，是可能引发航天器异常的一个重要因素。本文在等离子体驱动微小碎片加速器上对充电材料进行超高速撞击，对诱发的放电现象进行研究，得到较好的实验结果，初步确认了超高速碎片撞击充电材料诱发放电的机理，未来进一步确定其形成机制并预估其可能给航天器带来的危害和风险，意义重大。