作为一种新型的绿色高能液体推进剂，二硝酰胺铵（ADN）以其密度比冲高燃速可调等优势，成为了先进空间化学推进技术的一个热门发展方向。目前ADN基空间发动机已经取得了一定的在轨飞行经历，在推动其向更大推力量级发展、满足更严格的性能指标要求的过程中，迫切需要进一步的提高推力器的性能、拓展推力器的工作模式。随着近年来等离子体助燃领域的快速发展，逐渐形成了较为公认的助燃机理，即由局部压力以及温度升高、丰富的激发态粒子、流场电场的混合所引起的热效应、动力学特性以及输运特性的增强从而改善燃烧效果，将等离子体应用至高能离子液体推进剂领域内有望成为解决上述问题的重要途径。

本工作综合运用了多种光学诊断方式，聚焦于等离子体与ADN基推进剂的相互作用问题，系统的研究了由激光烧蚀ADN基推进剂产生的等离子体特性，对电子温度、电子密度进行了初步探究；通过引入氩气（Ar）载气解耦了等离子体与ADN基推进剂相互作用的输运特性，以混合比为参数讨论了推进剂与载气的混合程度，建立了原子谱线发射强度比与混合比之间的线性关系，实现了混合比的实时、原位测量；提出适用于辅助液体推进剂分解的等离子体应用准则，进一步优化了其产生方式，将等离子体源从激光转变为可持续性能量输入的交流电源，将所发展的定量测量方式应用于放电等离子体中，从等离子体参数、燃烧稳定性以及热解产物等方面证实了等离子体对于推进剂分解的促进作用。

首先，对激光烧蚀ADN基液体推进剂产生的等离子体特性进行了初步研究。基于发射光谱（OES）获取了等离子体的演化过程，通过玻尔兹曼斜线法和斯塔克展宽法分别确定了电子温度和电子密度。在液体推进剂环境中产生的电子弛豫时间为纳秒量级，而促进推进剂的分解要求时间尺度更长的等离子体能量输入，随后对等离子体产生方式进行了优化。

之后，使用交流电源作为等离子体源，在不同的输入功率以及气压工况下，确定了反常辉光放电、丝状放电以及电弧放电三种放电模态，综合基于OES得到的具有时空分辨特性的电子参数，以及基于平面激光诱导荧光（PLIF）获得的亚稳态原子空间分布信息，探讨了模态转换过程中发挥主导作用的不稳定性机制。对比了Ar、Ar与常温推进剂、Ar与预热推进剂三种放电介质的光谱图，常温工况下的放电介质光谱图中出现了H，OH谱线，预热工况下的放电介质在等离子体作用下出现了C，N₂，N₂⁺，C₂，NH，CH和CN等多种原子、离子、自由基的谱线，除了从光谱角度的直观说明外，预热工况下大幅减小的电子密度也侧面验证了等离子体对于推进剂分解的促进作用。

同时，为了能够解耦等离子体的输运机制，采用推进剂与载气的混合比表征混合的均匀程度，基于激光诱导击穿光谱（LIBS）诊断方式，评估了激光能量对于解离阈值的影响，在不同气压工况下建立了H/Ar、O/Ar、N/Ar三种原子谱线发射强度比与混合比之间的线性关系，并通过谱线半高宽确定当地压力，比较了三种发射强度比的灵敏度，实现了推进剂在载气环境中混合比的原位、实时测量。验证了所构建的混合比测量方案的技术可行性，该方案具有一定的普适性，可扩展至更大的气压工况以及混合比范围内，使得燃烧室内混合比的诊断成为可能，对于以提高混合均匀度为指标的推力器设计具有指导意义。

最后，参考星用正样的小推力量级ADN基发动机的结构、尺寸，设计了等离子体辅助型ADN基推力器，搭建了由高速相机、近红外光谱仪和中红外光谱仪组成的光学诊断系统。考虑到ADN基推进剂较为特殊的分解与燃烧进程，为了对比放电等离子体对于推进剂分解、燃烧反应进程的影响选取了NH₃、H₂O、CO₂三种热解和燃烧产物进行辐射测量。发现同等工况在放电等离子体的作用下，推进剂第一步热解产生的NH₃辐射强度减弱而H₂O辐射强度增强，同时作为完全燃烧产物的CO₂辐射强度大幅提高，得出了放电等离子体可以加快推进剂分解、燃烧进程的结论。同时基于本征正交分解（POD）的方法对燃烧室内的火焰结构进行分析，发现放电等离子体的存在减少了燃烧过程中的高频脉动，此外其加快了推进剂的反应速率，在燃烧室上游观察到了更加明显的火焰结构，减少了火焰向下游喷管处的移动。