霍尔推力器是目前应用最广、发展最好的一类电推进系统,由于其具有的高比冲、寿命长等突出特点,被越来越多的应用在各种航天领域中。但是与化学推力器不同,霍尔推力器在轨运行期间会产生人为的等离子体环境,当处于原本就很复杂的空间环境中时,会给航天器带来更多的安全隐患。因此研究分析霍尔推力器羽流环境与航天器之间相互作用的物理过程对霍尔推力器的发展与优化具有十分重要的作用。SPT霍尔推力器羽流与航天器相互作用主要是由于电荷交换碰撞产生的CEX离子返流到航天器表面造成溅射腐蚀、沉积污染以及充放电效应等问题。对该问题的研究分析方法主要分为实验和模拟仿真,实验包括地面试验和在轨试验,由于实验的成本较高,耗时较长,无法对羽流环境得到更全面的认识,所以模拟仿真仍然是常用的研究手段。尽管到目前为止针对SPT的研究和发展已经进行了几十年,但要进一步研发使用寿命更长的SPT,就需要解决影响其使用寿命的物理因素,然而因其涉及到复杂的非线性基础物理问题,对SPT的物理现象仍未完全掌握。本文采用混合PIC粒子运动模拟方法,对羽流区粒子间的各种碰撞效应采用MCC碰撞模型。通过欧空局开发的SPIS软件平台,基于霍尔推力器SPT100建立了三维羽流仿真模型,重点分析了羽流中的CEX离子分布规律和产生机理,计算了航天器表面电势分布、电荷交换碰撞后的CEX离子密度分布以及束流离子密度分布规律,从物理角度解释了产生羽流污染的原因。基于已建立的三维羽流仿真模型,针对空心阴极与羽流区域的耦合效应,重点计算了不同真空背压和不同空心阴极电子温度条件下,空心阴极与羽流区域相互作用的影响。仿真结果表明,当真空背压增加时,羽流区域与航天器表面相互作用会逐渐增强,电子温度降低,密度增大,导致CEX离子增多,从而加剧羽流污染。