Как именно магнитоплазмодинамический двигатель (MPD) создает тягу?

Я думаю, вы слишком много думаете об этом. В конце концов, вещи выбрасываются назад очень быстро, и этот импульс толкает космический корабль вперед. В конце концов, это двигатель реакции.

Хотя есть некоторые детали, которые мы можем обсудить. (Обязательный отказ от ответственности: я не эксперт по MPDT, но я думаю, что знаю достаточно, чтобы ответить на этот вопрос.)

Как я понимаю [...]

Правильный.

Но большую часть тока будут нести электроны из-за их большей подвижности, верно?

Правильно, но учтите, что эти электроны - "новые" электроны, буквально покидающие сам катод, двигаясь от катода к аноду (т.е. ток течет от анода к катоду). Сама плазма электрически нейтральна. Движение ионов и электронов из плазмы может иметь место, но не имеет отношения к тому, как работает двигатель.

Атомы газа, первоначально движущиеся в аксиальном направлении, будут затем испытывать ионизирующие столкновения с электронами, а затем рассеиваться в каком-то направлении.

Не совсем. Электроны движутся не очень быстро, и в любом случае атомы не рассеиваются на электронах так сильно, как электроны рассеиваются на атомах. Все это представляет собой плазму, поэтому концепция связанного атома в любом случае немного сомнительна: особенно с более легкими пороховыми газами и низким давлением, используемым MPDT, ионы и электроны в основном физически не взаимодействуют.

В плазменном разряде объемная плазма обычно близка к бесполевой, а на поверхности электродов возникают большие перепады потенциала. Я просто не понимаю, почему ионы должны двигаться также и в радиальном направлении, а это значит, что они не обязательно ускоряются наружу магнитным полем.

(Общий) импульс из-за электрического поля в конечном итоге зависит от (общей) разности потенциалов, поэтому имеет значение только величина, а не то, как она изменяется внутри. Но на самом деле это не имеет значения, поскольку в MPDT большая часть ускорения, по-видимому, исходит от магнитного поля, а не от электрического поля.

Независимо от того, является ли магнитное поле собственным полем из-за тока анод-катод или приложенным полем (внешним), магнитное поле создается вокруг двигателя. Если вы поработаете с силой Лоренца, то увидите, что в этой конфигурации частицы обоих зарядов ускоряются назад.

^{Источник изображения}

Сила Лоренца есть$\mathbf{F}=q(\mathbf{E}+\mathbf{v}\times\mathbf{B})$. Когда топливо втекает, ионы ($q$) имеют скорость$\mathbf{v}$перпендикулярно$\mathbf{B}$, и поэтому испытывают ускорение. Глубоко внутри двигателя это радиальное, но, как следует из рисунка, магнитное поле изгибается; в задней части двигателя результирующее ускорение для положительных ионов является задним.

Электроны в плазме будут ускоряться по-другому, но в конечном итоге будут следовать за гораздо более тяжелыми ионами из-за электростатики.

(Уборка)

Только ли электроны ускоряются, а затем увлекают за собой ионы за счет амбиполярной диффузии?

Как и выше, и электроны, и ионы ускоряются силой Лоренца.

Я тоже не очень понимаю, как носители заряда могут обеспечивать необходимый разрядный ток, одновременно разгоняясь наружу.

Как и выше, ток между анодом и катодом включает «новые» электроны, буквально покидающие сам катод. Они ускоряются полем, но в конечном итоге равное количество электронов возвращается к аноду, в то время как плазма остается электрически нейтральной.

Обратите внимание, что производимый ток зависит не столько от отдельных электронов или их скорости, сколько от их объема. Электроны могут производить мощные токи, едва двигаясь. Также обратите внимание, что в MPDT с прикладным полем основная цель тока - ионизировать топливо; для этого требуется не столько большой ток, сколько высокое напряжение; фактическое магнитное поле в этой конфигурации приложено извне.