Plasma thrusters are challenging the monopoly of chemical thrusters in space propulsion. The specific energy that can be deposited into a plasma beam is orders of magnitude larger than the specific chemical energy of known fuels. Plasma thrusters constitute a vast family of devices ranging from already commercial thrusters to incipient laboratory prototypes. Figures of merit in plasma propulsion are discussed. Plasma processes and conditions differ widely from one thruster to another, with the pre-eminence of magnetized, weakly collisional plasmas. Energy is imparted to the plasma via either energetic electron injection, biased electrodes or electromagnetic irradiation. Plasma acceleration can be electrothermal, electrostatic or electromagnetic. Plasma–wall interaction affects energy deposition and erosion of thruster elements, and thus is central for thruster efficiency and lifetime. Magnetic confinement and magnetic nozzles are present in several devices. Oscillations and turbulent transport are intrinsic to the performances of some thrusters. Several thrusters are selected in order to discuss these relevant plasma phenomena.
プラズマスラスタは、宇宙推進における化学スラスタの独占に挑戦している。プラズマビームに注入できる比エネルギーは、既知の燃料の化学比エネルギーよりも数桁大きい。プラズマスラスタは、既に実用化されているものから初期の実験室プロトタイプまで、多様なデバイス群を構成している。プラズマ推進における性能指標について論じる。プラズマのプロセスと条件はスラスタごとに大きく異なり、磁化された弱衝突プラズマが主流である。エネルギーは、高エネルギー電子注入、バイアス電極、または電磁照射によってプラズマに付与される。プラズマ加速は、電気熱的、静電的、または電磁的に行われ得る。プラズマと壁の相互作用は、エネルギー堆積とスラスタ要素の損耗に影響を及ぼし、したがってスラスタの効率と寿命の中心的な課題である。磁気閉じ込めと磁気ノズルは、いくつかのデバイスに存在する。振動と乱流輸送は、一部のスラスタの性能に本質的に関連する。これらの関連するプラズマ現象を議論するために、いくつかのスラスタを選定する。