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随着宇航技术的飞速发展,我国的载人航天技术日臻成熟,深空探索成为重要的发展发向。航天继电器是深空探测的各类飞行器上使用最多的零部件,其寿命和工作可靠性对整个飞行器的工作寿命和可靠运行有重要影响。继电器触头在分断或接通电路时都有可能在触头间发生电弧,它会使触头工作条件劣化,极大地影响着航天继电器的工作寿命与可靠性。因此,进行航天继电器电弧特性的研究,对于提高继电器工作寿命、增强继电器工作的可靠性具有重要意义。电弧现象是一个由来已久的问题,这方面国内外研究者做了大量的工作,但大多数研究是从宏观角度开展的,从微观角度来研究却少有人涉及。电弧等离子体的微观模型对于人们深入了解其内部物理过程有很大帮助,对研究电弧等离子体的宏观过程也有辅助的作用,但长期以来此方面的研究比较零散。本文针对航天继电器的触头燃弧现象,从理论建模和实验两方面进行了研究。首先集中总结了几种主要的等离子体微观模型,介绍了其理论构架,阐述了在等离子体处于完全热平衡态和局域热平衡态时模型的变化,对各模型进行了简要的分析比较,并推荐了Eindhoven模型作为工程计算中较适用的等离子体微观模型。其次根据道尔顿分压定律、质量作用定律、电荷准中性条件和化学计量平衡条件建立了航天继电器电弧微观模型,得到关于各类粒子数密度的非线性方程组,结合具体电弧温度值进行了求解,并对几种特定气氛下两种电弧状态——完全热平衡态和局域热平衡态的电弧输运参数进行了计算和比较:①高纯氮气;②高纯氮气中混入少量铜蒸气;③高纯氮气中混入少量氧气;④高纯氮气中混入少量水蒸气,发现了杂质气体对电弧的一些影响规律,为今后计算电弧等离子体其他输运参数奠定了基础。为了检验前述电弧微观模型,本文进行了电弧光谱实验,分析了航天继电器电弧等离子体在前述几种特定气氛下所发出的光谱。该实验与理论研究互为补充,从实践上证实了微观模型里研究的各类粒子的存在,同时也反映出理论模型未计入考虑的其他一些杂质离子的存在,根据其实验结果可对理论模型进行修正。为研究电弧燃烧的宏观特性,本文设计并进行了一系列实验。由于电弧的整个引燃过程反映了电弧的实际物理过程,本文对这一过程进行了高速摄影。根据拍摄的照片进行数字图象处理,得到电弧的一些宏观参数如弧根半径、弧柱半径、弧长、燃弧时间等。由于航天继电器触点对不同性质负载的切换能力不同,本文对不同负载下的电弧形态进行了研究,总结出电弧燃烧的一些规律。与此同时,本文也对触头的机械动作情况进行了初步研究,获得了触头分断速度随时间变化的曲线。