E.自从该空间年龄的黎明以来，物理学家，工程师和科学小说作家的一个解释亚文化致力于他们的午餐时间和周末，以制定星舰的计划，由人类爬出我们的地球摇篮的必要性。对于大多数时候，他们专注于物理学。我们可以真正飞向星星吗？许多最初没有这么认为，但现在我们知道这是可能的。今天，问题是：将我们？
事实是，我们已经是飞往星星，没有真正的意义。1977年推出的双航空间探头持续了长期以来他们的原始目的是巡回外星，并已达到太阳境界的界限。Voyager 1是124个天文单位（AU）远离太阳 - 也就是说，比地球和每年3.6 Au更远的124倍。它是否已经退出太阳系取决于您对“太阳系”的定义，但它肯定超出了行星之外。它的乐器目睹了太阳的能量粒子和磁场，使方向空间发现的磁场，其中，旅行者团队成员和行星科学家拉尔夫·麦克斯（Ralph McNutt）描述为“奇怪的等离子结构”乞求探索。Voyagers遇到的奥秘强迫科学家们踏上后续任务，冒险进入宇宙伍兹 - out到200个奥布超越。但是什么样的航天器可以让我们在那里？
小型化:离子驱动器
美国宇航局的“黎明号”小行星带探测器展示了一种领先的推进系统:离子驱动。离子驱动器就像一把发射原子而不是子弹的枪;船靠后坐力前进。该系统包括推进剂箱，典型的氙气，和电源，如太阳能电池板或钚电池。发动机首先将推进物原子的最外层电子剥离，使其带正电荷。然后，根据异性相吸的原理，一个带负电荷的栅格将原子吸引到船的后部。它们冲出网格，以比化学火箭废气快10倍(比子弹快100倍)的速度进入太空。对于“旅行者号”之后的探测器来说，离子引擎可以燃烧15年左右，使飞船的速度达到旅行者号的几倍，这样它就可以在建造者死亡之前达到几百个天文单位。
星际飞行爱好者们也在考虑用离子驱动来执行真正的星际任务，目标是半人马座阿尔法星，距离我们最近的恒星系统，大约30万AU。伊卡洛斯星际基金会是一个非营利性基金会，其使命是在本世纪末实现星际旅行。该基金会构想了“锡锡计划”，这是一个重量不到10公斤的微型探测器，配备了微型高性能离子驱动器。这次旅行仍然需要数万年的时间，但他们认为Tin Tin不是一个现实的科学任务，而是一个技术演示。
灯光：太阳帆
太阳能帆，例如日本ikaros探针到金星，与推进剂和发动机一起使用。它利用了光的物理。像其他运动的物体一样，光波也有动量，并推动它撞击的任何表面。如果你有足够大的表面，低质量和大量时间，力就会微弱，但变得明显。阳光可以加速大量的轻质材料，如kapton，令人印象深刻的速度。为了达到逃离太阳系所需的速度，该工艺将首先俯冲太阳，尽管它敢于内部的汞轨道 - 以填补风帆，享受巨大的阳光。
这样的帆船可以在一千年内穿越到半人马座阿尔法星。帆的速度受限于它们离太阳的距离，而这又受限于帆材料的耐用性。纽约城市大学(City University of New York)教授、长期支持星际旅行的格雷戈里·马特洛夫(Gregory Matloff)说，最有希望的潜在材料是石墨烯——碳石墨的超薄层。
像其他运动的物体一样，光波也有动量，并推动它撞击的任何表面。
激光或微波束可以提供更肌肉的推动。在20世纪80年代中期，罗伯特·罗伯特·罗伯特的义士，建议在当时欢乐的一个想法上的搭载：太阳能卫星，这将通过微波来收集太阳能并将其束缚到地球。在开始操作之前，轨道电站可以枢转并束缚其电源而不是下降。一个10吉瓦站可以加速超级风帆 - 仅在一周内完成光速的五分之一。二十年后，我们开始从Alpha Centauri看到实时视频。
这个“星缕”计划有其可疑的特点——它需要一个巨大的透镜，帆是如此的脆弱，光束既可能把它烤焦，也可能推动它——但它表明我们可以在人的一生内到达恒星。
大：核火箭
帆也许能够将微小的探测器送往恒星，但它们无法执行人类任务;你需要一个微波束消耗的能量要比现在整个世界产生的能量多几千倍。最先进的人类太空旅行计划是核脉冲推进，由政府资助的猎户座计划(Project Orion)在20世纪50年代和60年代进行了这项研究。
当您第一次听到它时，该方案会听起来ophing。用300,000个核弹加载你的星舰，每三秒钟爆炸，并骑爆发。虽然极端，它与任何其他火箭一样的基本原理工作相同，即反冲。核脉冲系统而不是射出火箭的后部，而不是射出火箭的背部，例如钨的火球等血浆斑点。
你把钨插头和核武器一起装进一个金属太空舱，从飞船后部发射太空舱，然后在不远的地方引爆。在真空的太空中，爆炸造成的损害比你想象的要小。蒸发的钨冲向飞船，从飞船后部的厚金属板上反弹，并射入太空，而飞船则反冲，从而向前移动。巨大的减震器减轻了船员宿舍的震动。乘客在玩3d国际象棋，或者做任何其他星际旅客做的事情时，都会感受到有节奏的砰砰声，就像孩子在楼上的公寓里跳绳一样。
用300,000个核弹加载你的星舰，每三秒钟爆炸，并骑爆发。
这艘船可能达到光速的十分之一。如果出于某种原因——太阳爆炸、外星人入侵——我们真的必须快速离开这个星球，而且我们不关心用核武器摧毁发射台，这将是我们的选择。我们已经有了所需的一切。“今天，我们拥有的最接近的技术将是核脉冲，”马特洛夫说。如果有的话，大多数人会很乐意把我们所有的核武器装载到船上，然后摆脱它们。
理想情况下，核弹爆炸将被受控的核聚变反应所取代。这是代达罗斯计划(Project Daedalus)提出的方法。代达罗斯计划是一个70年代的项目，旨在设计一艘装备齐全的机器人星际飞船。最大的问题是每吨有效载荷，飞船必须携带100吨燃料。这样的庞然大物将有战舰的大小，长度为200米，重量为5万吨。
“这只是一个巨大的，巨大的机器，”英国航空公司工程师和项目项目联合创始人，伊卡鲁斯的联合创始人，更新设计的现代化努力。“但是从那时起就发生了什么，当然是微电子，技术小型化，纳米技术。所有这些发展都导致重新思考。你真的需要这些大规模的结构吗？“他说，ICARUS项目计划在10月份在伦敦推出新设计。
星际设计师们想出了各种方法来缩小燃料箱。例如，飞船可以利用电场或磁场从星际空间吸收氢气。氢气将被注入聚变反应堆。船开得越快，铲水的速度就越快——如果保持这种良性循环，船的速度将接近光速。不幸的是，舀水系统也会产生阻力，使飞船减速，粒子的逆风会用辐射把船员烤焦。此外，纯氢聚变效率低。核聚变飞船可能无法避免从地球上拖来一些燃料。
《走向黑暗:清除外来物质》
纽约大学(New York University)物理学研究生刘佳(Jia Liu)提议寻找暗物质，而不是寻找氢气。天文学家认为，暗物质是构成银河系大部分的一种看不见的奇异物质。粒子物理学家假设暗物质由一种叫做中性子的粒子组成，它有一个有用的特性:当两个中性子碰撞时，它们会在伽玛射线的火焰中相互湮灭。这样的反应可以推动一艘船前进。就像氢铲一样，暗物质飞船可以接近光速。但问题是暗物质是暗的，这意味着它不会对电磁力做出反应。物理学家不知道如何收集它，更不用说引导它产生火箭推力了。
如果工程师们克服了这些问题，建造了一艘接近光速的飞船，那么不仅是半人马座阿尔法星，整个星系都将进入射程之内。在1960年代,天文学家卡尔·萨根计算,如果你能达到适度加速率同样的速度跑车使用和维持足够长的时间,你会得到如此接近光速,你穿过星系船上在短短几十年的时间。作为奖励，这个比率将提供一个舒适的人工重力水平。
在下行，数十万年将在此期间通过地球。当你回来的时候，你的整个文明可能已经消失了。然而，从一个角度来看，这是一件好事。诀窍相对论随着时间的推移，可以解决太慢的计算机的永恒问题。如果你想做一些EONS-LONG Callulation，请退出并探索一些遥远的星系系统，结果将在您返回时为您准备好。未来的星舰船员可能不会用于求生存，荣耀或征服。他们可能正在解决谜题。
变形:弯曲时间和空间
通过一艘以十分之一光速移动的飞船，人类可以在一生中迁移到最近的恒星，但穿越银河系仍将是一段100万年的旅程，而且每个恒星系统仍将基本上是孤立的。要创造一个银河版的地球村，由飞机和电话连接在一起，你需要以比光速更快的速度旅行。
与流行的信念相反，爱因斯坦的相对论理论并不完全统治。根据理论，空间和时间是弹性的;我们认为是因为重力的力量实际上是空间和时间的翘曲。原则上，您可以如此严重地扭曲空间，以至于您缩短了您想要交叉的距离，如折叠地毯，使双方靠近。如果是这样，您可以瞬间交叉任何距离。您甚至不会注意到加速度，因为该领域将从船舶内部零零。船窗的视图将令人惊叹。星星会改变颜色并向运动轴转变。
你可以严重扭曲空间，这样你就会缩短你想要跨越的距离，就像折叠地毯，让两边靠得更近。
它似乎几乎意味着敏锐地指出，超出我们目前的技术有多远这一想法是。经纱驱动器需要一种施加引力推动而不是引力的材料。这种材料含有负量 - 字面上不到什么，好像你的质量为-50公斤。物理学家，他们所在的创造性类型都有想象的方式来创造这样的能量，但即使他们扔掉他们的双手，在一个星舰需要的船上需要：几颗明星的价值。更重要的是，由于控制信号被限制在光速的控制信号，从船的桥梁到位于船舶周边上的推进系统，因此无法驾驶。（但是，船舶内的设备，就可以正常工作。）
说到星际飞船，最好不要纠结于细节。等到人类真的有可能造出这样一辆车的时候，我们对旅行的看法可能已经改变了。“我们需要派出完整的人类吗?””长问道。“也许我们只需要发送胚胎，或者也许在未来，你可以将自己完全下载到电脑中，然后通过类似于3d打印的东西在另一端重新制造自己。”今天，星际飞船似乎是未来主义思想的高度。未来几代人可能会觉得这很古怪。
乔治·马瑟是一位物理学和宇宙学作家，著有《弦理论白痴指南》(α,2008)。他是科学美国人并获得了美国物理科学学会写作奖等荣誉。
