Comment fait-on pour canaliser un plasma avec un champs magnétique ?

Un plasma est un mélange (globalement neutre) d'ions positifs, et d'électrons libres (lorsque le plasma est très, très chaud, c'est le cas ici, les ions positifs sont des noyaux d'atomes ayant perdu tous leurs électrons) soumis à une agitation frénétique (normal, la température est énorme).

Les ions et les électrons sont porteur de charge(s) électrique(s). Soumise à un champs magnétique, les charges électriques en mouvement sont soumises à une force (souvenez vous de la règle des 3 doigts à la page: une autre voie), elles sont donc déviées par le champs magnétique.

Cette déviation est telle qu'elle entraîne la particule dans un mouvement de rotation autour de l'axe des lignes de champs magnétique, le sens de cette rotation étant fonction du signe de la charge de la particule (+ ou -). Comme ceci:

Si la trajectoire de la particule n'est pas parfaitement perpendiculaire aux lignes de champs, donc si le mouvement de la particule à une composante longitudinale (parallèle aux lignes de champs), sa trajectoire deviendra hélicoïdale sous l'action du champs magnétique, comme ceci:

Le champs magnétique est généré par des électro-aimants entourant le moteur. C'est donc au niveau de la paroi, au plus près des électro-aimants que le champs magnétique est le plus intense.

C'est là où le champs magnétique est le plus intense que la force de déviation est la plus forte (normal).

Les particules auront donc tendance à aller vers le centre la où la "pression" magnétique est moins forte. C'est ainsi qu'un champs magnétique peut contenir et canaliser (on dit confiner) un plasma.

Pour retourner à la propulsion par fragment de fission, c'est ici.
Pour retourner à la propulsion par fusion avec confinement magnétique, c'est ici.

Le champs magnétique confine donc le plasma pour l'empêcher d'entrer en contact avec la paroi, ce qui permet d'avoir des températures immensément supérieures à ce que pourrait supporter n'importe quel matériaux.
Ce confinement continue même dans la tuyère, comme ceci:

Si on reprend la formule donnant la vitesse maximale théorique d'éjection d'un gaz:

on y voit l'importance d'une masse moléculaire (M) aussi petite que possible. En ionisant de l'hydrogène (le gaz le plus léger) pour en faire un plasma, on ne peut pas faire mieux.

On y voit aussi l'importance de la température du fluide à éjecter (Tc); C'est là que le vasimr est vraiment révolutionnaire puisqu'il permet des températures de plusieurs millions de degrés, à comparer aux 3000 degrés maximum que l'on peut espérer avec la propulsion chimique ou nucléothermique à coeur solide.

Avec une telle température, la vitesse d'éjection est nécessairement énorme, et l'impulsion spécifique aussi.

En fait, on peut choisir entre l'éjection à très, très haute température et très, très haute vitesse d'une très petite quantité de plasma (donc impulsion spécifique très élevée mais faible poussée)et l'éjection à vitesse plus modeste d'une plus grande quantité de plasma à température plus basse (donc impulsion spécifique plus faible mais poussée plus forte).

C'est de là que vient le nom de VARIABLE specific impulse magnetoplasma rocket (fusée magnétoplasmique à impulsion spécifique VARIABLE).

Le vasimr est un moteur qui tire son énergie de micro-ondes, donc d'électricité. Le vasimr est un moteur puissant, donc nécessitant une source d'énergie électrique puissante. Pour être vraiment intéressant, un tel système de propulsion doit avoir une puissance de plusieurs mégawatts, voir plusieurs dizaines de mégawatts. La source d'énergie sera donc obligatoirement nucléaire.

Compte tenu des énormes quantités d'énergie nécessaires aux voyages spatiaux lointains, l'énergie nucléaire est incontournable (au moins pour l'instant). Tous les projets futurs sont basés sur son emploi. Même les moteurs ioniques ou plasmiques auront recours à l'énergie nucléaire, soit en raison de l'éloignement du soleil ( les panneaux solaires, déjà peu productifs au départ, deviennent quasiment inutilisables au delà de l'orbite de jupiter), soit pour une question de puissance.

Les moteurs ioniques ou plasmiques ayant recours à l'énergie nucléaire sont appelés: moteurs électronucléaires. C'est pour éviter toute confusion entre les différents types de moteurs nucléaire, que le moteurs fusée nucléaire tel que décrit dans les années 60 et 70 s'appelle désormais: moteur nucléothermique (thermique parce qu'il sert à réchauffer un gaz). Attention, ne pas dire thermonucléaire, car ce terme est réservé à la FUSION thermonucléaire.

D'autres projets encore plus lointains et plus hypothétiques existent.

Exemples:
Produire une réaction de fission nucléaire assez rapide et énergétique, et canaliser tous les sous-produits (particules, noyaux d'isotopes) par une sorte de cloche magnétique.

Canaliser, grâce au même genre de cloche magnétique, l'énergie d'explosions nucléaires successives produites à l'arrière du vaisseau par des bombes éjectées les unes après les autres.

Éjecter le plasma produit par une réaction de fusion thermonucléaire, etc, etc, etc......

Tous ces projets n'en sont qu'au stade de l'idée, et ne seront pas traités ici (ils le seront dans la partie astronautique).