空心阴极发射器于2021年4月29日随空间站核心舱入轨，随后于5月8日和5月9日成功开展了气路预处理、阴极预处理和首次在轨点火验证。气路预处理共持续2h10min，期间供给单元入口处供气压力在（0.193~0.208）MPa范围内波动，满足（0.2±0.014）MPa的指标要求；阴极预处理共持续1h40min，加热电流为7.7A，加热功率约80W。首次在轨点火验证共包括AB路同时工作、B路单独工作、A路单独工作三种验证工况，对两台产品各自的性能及在轨备份策略的有效性进行了验证，结果表明，两台产品性能均满足指标要求，单台产品即可完成电位控制，在轨备份策略有效。

首次在轨点火成功后，空心阴极发射器正式投入在轨应用。为保障出舱航天员的人身安全，在出舱前几天，会择机开展一次全流程演练，期间空心阴极发射器会按照预定流程进行点火验证，确认产品性能满足指标要求；出舱当天，空心阴极发射器提前3~5小时开机，待确认产品性能满足指标要求后，航天员才能出舱；全部任务结束、航天员返回舱内后，空心阴极发射器关机并进行通气保护。2021年，空心阴极发射器成功保障神舟十二号和神舟十三号航天员4次出舱任务，两台设备累计工作时间约180h，各项技术指标均满足要求。