霍爾推力器，又稱為穩(wěn)態(tài)等離子體推力器，是前蘇聯(lián)的莫洛佐夫（Morozov）教授發(fā)明的，1966年第一次成功放電產(chǎn)生推力，與霍爾推力器幾乎同時代的電推力器有離子推力器。這兩種推力器，從誕生的那一刻起，就成為對方最強(qiáng)的競爭對手。

霍爾推力器結(jié)構(gòu)是非常簡單的，但是內(nèi)部的放電過程異常復(fù)雜。從圖2可以看出，霍爾推力器由一個產(chǎn)生電子的陰極、放電通道、用來產(chǎn)生磁場的線圈或者永磁體、供氣管以及接入正電位的陽極組成（基本是一體的）。陰極產(chǎn)生的電子被分成兩部分：一部分在磁場和電場的作用下，進(jìn)入放電通道電離工質(zhì)（最常用的氣體為惰性氣體，氙氣，Xe），產(chǎn)生等離子體，最后到陽極放電，另一部分則與被電場加速噴出去的離子中和，實現(xiàn)整體的電中性，形成一個放電回路。

陰極一般采用空心陰極，實驗室常采用熱陰極產(chǎn)生電子，內(nèi)部有低逸出功的發(fā)射體——六硼化鑭，加熱到>1500K的同時給陰極供氣，就可以產(chǎn)生足夠的電子。實際上，陰極本身也可以作為推力器，稱之為陰極推力器。在陰極的基礎(chǔ)上，還發(fā)展出微陰極推力器（μcat），產(chǎn)生微牛（μN(yùn)）級別的脈沖推力。陰極在推力器系統(tǒng)中是一個非常關(guān)鍵的部件，其放置位置、電子發(fā)射能力等，會嚴(yán)重影響整個放電過程。放電通道基本采用氮化硼陶瓷，其力學(xué)性能雖然不足，但是絕緣性、熱變形以及關(guān)系到推力器性能的二次電子發(fā)射系數(shù)，都勝過其他材料。陽極則采用不銹鋼等導(dǎo)電性、力學(xué)性能俱佳的材料，整體的支撐則是導(dǎo)磁性較好的DT4C磁鋼，用來調(diào)整出合適的磁場位型。

影響霍爾推力器性能的其中一個因素是不同的工質(zhì)，在足夠高電子溫度的情況下，都可以被電離，但是所需要的電壓是不同的，換言之，相同電壓、相同通流密度的情況下，電離率是不相同的。在霍爾推力器中，最常用的是氙氣（Xe），其原子半徑較大，外層電子能夠比較輕易的被外部高能電子撞擊而發(fā)生電離。但是，地球上Xe的儲量很低，提取成本高昂，因此在實際應(yīng)用中，氬氣（Ar）、氪氣（Kr）以及固態(tài)工質(zhì)如碘、銫都都被研究。特別是對于與Xe同族的Ar和Kr，被大量的研究。由于這兩種惰性氣體具有比Xe更低的原子量，理論上而言相同情況下具有更高的比沖。但是實驗發(fā)現(xiàn)這兩種工質(zhì)，由于難以被高效電離，浪費了大量的原料，比沖被大幅削弱。本人也采用另一種推力器對這三種工質(zhì)進(jìn)行了實驗比較，發(fā)現(xiàn)在相同體積流量的情況下，Xe的電離率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Kr和Ar，尤其是Ar，電離率甚至無法超過20%。提高這兩種工質(zhì)的通流密度，直至與Xe相同的質(zhì)量流量，三者此時的電流比較接近，Kr和Ar的電離率也大幅提升，接近于Xe。因此，要提高Kr和Ar的電離率，提高通流密度是一種有效手段，但是我的實驗結(jié)果表明，當(dāng)流量超過一個閾值時，最終導(dǎo)致電流急劇增大，振蕩劇烈。

工質(zhì)種類是影響推力器性能的一個及其關(guān)鍵的因素，但是同一種工質(zhì)采用不同陽極結(jié)構(gòu)時，推力器的性能也是有較大的差別的。為了實現(xiàn)均勻供氣，霍爾推力器一般在環(huán)形陽極的端面打孔。而此時，孔的數(shù)量、大小、位置都會影響到工質(zhì)的均勻性。這些因素會影響推力器振蕩、對稱性等，法國Vail的研究表明孔在徑向的位置分布，甚至影響羽流發(fā)散角。為了使氣體分配更加均勻，俄羅斯研究人員在第二代ATON型上將氣體分配器與陽極分離，在陽極之前布置了緩沖腔結(jié)構(gòu)，推力器的性能明顯得到了提升。