近些年,随着微小卫星系统的迅速发展,其推进技术也得到了十分迅速的发展。脉冲等离子体推力器具有能耗低、结构简单、质量轻、比冲高、寿命长、可靠性高和控制精度高等特点,非常适合现代微纳卫星的轨道机动、姿态控制、阻力补偿和编队飞行等任务。推力的大小是评估推力器性能的一个重要参数,分析推力器的推力变化有助于理解推力器内部机理和外部宏观特性之间的联系,进而指导推力器研制设计的方向。本文以脉冲等离子体推力器为研究对象,首次提出一种“小推力、大应力”的推力—应力转化测量思路,进而研制了一套基于斯托克斯参量的悬臂梁结构的光弹性测力系统。该系统不需要在结构物上直接安装传感器或其他测量装置,可以降低机械振动、供电线缆对推力测量的干扰,解决目前常用微推力和微冲量测量装置存在的零点漂移、平衡位置不稳定、标定困难以及精度低等问题。该测力系统,以应力光学定律的光弹性为原理,当推力加载在光弹性材料制作成的悬臂梁上时,悬臂梁处于应力状态,当推力变化时,应力也发生变化,进而导致透过悬臂梁的光的偏振态也时刻发生变化,以斯托克斯参量的形式来表现这种偏振态的变化,进而可得出推力的变化。本文设计并制作了相应的实验设备,包括光学激励模块、悬臂梁加载模块、斯托克斯参量测量模块、PI摆动控制模块和安培力模块,通过在真空中的实验,验证了方法的有效性,基本上可实现毫牛量级的测量,且平均误差在5%以内。同时,在探究推力器工作过程中,基于脉冲等离子体推力器工作过程中的实际放电情况和聚四氟乙烯的实际烧蚀过程,建立了考虑能量转化率,工质物相变化,非傅里叶导热效应和烧蚀质量累积等要素的推力器工作过程数值仿真方法,并以参考文献中的相关实验数据,对模型的可靠性进行验证,同时以模型为基础探究了推力器各工作参数对性能的影响,为脉冲等离子体推力器优化设计提供了有效的指导。