現代火箭發動機能很好地將技術送入軌道，但它們完全不適合長時間的太空旅行。因此，十幾年來，科學家們壹直在研究創造替代性的太空發動機，可以將飛船加速到創紀錄的速度。讓我們來看看這個領域的七個關鍵想法。
1、沙爾發動機（EmDrive）
要移動，妳需要從某物上推開--這條規則被認為是物理學和宇航學不可動搖的支柱之壹。具體從什麽地方開始--從地球、水、空氣或者像火箭發動機那樣的氣體噴射--並不那麽重要。
壹個著名的思想實驗：想象壹個宇航員進入外太空，但連接他和飛船的電纜突然斷裂，人開始慢慢飛走。他只有壹個工具箱。他的行動是什麽？正確答案：他需要從飛船上扔掉工具。根據動量守恒定律，人從工具上拋開的力與工具從人身上拋開的力完全相同，所以他將逐漸向飛船移動。正如實驗表明的那樣，有壹定的機會反駁這種不可動搖的說法。
這款發動機的創造者是英國工程師羅傑-沙爾，他在2001年成立了自己的衛星推進研究公司。EmDrive的設計相當奢侈，是壹個金屬桶的形狀，兩端密封。在這個桶內有壹個磁控管，可以發射電磁波--和傳統的微波爐壹樣。而事實證明，它足以產生壹個非常小但相當明顯的推力。
作者自己通過電磁輻射在 "水桶 "不同端的壓力差來解釋他的發動機的運作--在窄的壹端比寬的壹端要小。這就產生了壹個指向窄端的推力。這種發動機運行的可能性曾不止壹次受到質疑，但在所有的實驗中，沙爾裝置都顯示出在預定方向上存在推力。
實驗：
對沙爾桶進行測試的實驗者包括美國航天局、德累斯頓工業大學和中國科學院等組織。該發明在各種條件下進行了測試，包括在真空中，它顯示出存在20微微子的推力。
這相對於化學噴氣發動機來說，是非常小的。但是，考慮到沙爾發動機可以隨心所欲地工作，因為它不需要燃料的供應（太陽能電池可以提供磁控管工作），它有可能將航天器加速到巨大的速度，以光速的百分比來衡量。
為了充分證明發動機的性能，有必要進行更多的測量，並擺脫外部磁場等可能產生的副作用。然而，已經有人對沙爾發動機的異常推力提出了其他可能的解釋，壹般來說，這違反了通常的物理定律。
例如，有人提出了這樣的版本：發動機能夠產生推力是因為它與物理真空的相互作用，而在量子水平上，真空的能量是非零的，充滿了不斷出現和消失的虛擬基本粒子。最終誰會是對的--這個理論的作者、沙爾本人還是其他懷疑論者，我們將在不久的將來找到答案。
2、太陽能帆
如上所述，電磁輻射會產生壓力。這意味著在理論上它可以轉化為運動----例如，在帆的幫助下。正如過去幾個世紀的船只用帆抓住風壹樣，未來的宇宙飛船也會用帆抓住太陽或任何其他星光。
但問題是，光壓極小，而且隨著與光源距離的增加而減小。因此，這種帆要想發揮作用，必須非常輕巧，而且體積非常大。而這就增加了當它遇到小行星或其他物體時，整個結構被破壞的風險。
已經有人嘗試建造並向太空發射太陽能帆船--1993年，俄羅斯在 "進步號 "飛船上測試了太陽能帆，2010年，日本在前往金星的途中進行了成功的測試。但還沒有壹艘船使用風帆作為主要的加速來源。另壹個項目--電動帆，在這方面看起來更有前途壹些。
3、電動帆
太陽不僅發射光子，而且還發射帶電的物質粒子：電子、質子和離子。所有這些粒子形成了所謂的太陽風，太陽風每秒從太陽表面帶走約100萬噸物質。
太陽風的傳播範圍達數十億公裏，是我們地球上壹些自然現象的原因：地磁風暴和北極光。地球受到自身磁場的保護，不受太陽風的影響。
太陽風和空氣風壹樣，相當適合旅行，妳只需要讓它吹在風帆上。芬蘭科學家Pekka Janhunen在2006年創建的電帆項目，從外表上看，與太陽能的電帆沒有什麽***同之處。這種發動機由幾根細長的電纜組成，類似於沒有輪輞的輪輻。
由於電子槍逆行方向發射，這些電纜獲得了正電勢。由於電子的質量約為質子質量的1800倍，所以電子產生的推力不會起到根本性的作用。太陽風的電子對這樣的風帆並不重要。但帶正電荷的粒子--質子和阿爾法輻射--將被繩索排斥，從而產生噴射推力。
雖然這種推力將比太陽帆的推力小200倍左右，但歐洲航天局對這個項目很感興趣。事實上，電帆在太空中的設計、制造、部署和操作都要容易得多。此外，利用重力，電帆還可以前往恒星風的源頭，而不僅僅是遠離它。而且由於這種帆的表面積比太陽帆的表面積小得多，所以更不容易受到小行星和太空碎片的影響。也許在未來幾年內，我們會看到第壹艘實驗船的電帆。
4、離子發動機
帶電的物質粒子，即離子的流動，不僅由恒星發出。離子化氣體也可以人工制造。正常情況下，氣體粒子是電中性的，但當其原子或分子失去電子時，就會變成離子。就其總質量而言，這種氣體仍然沒有電荷，但其單個粒子卻變成了帶電粒子，這意味著它們可以在磁場中移動。
在離子引擎中，惰性氣體（通常是氙氣）被高能電子流電離。它們將電子從原子中擊出，並獲得正電荷。此外，所產生的離子在靜電場中被加速到200公裏/秒的速度，這比化學噴氣發動機的氣體流出速度大50倍。然而，現代離子推進器的推力非常小--大約50-100毫微噸。這樣的發動機甚至無法搬離桌面。但他有壹個嚴重的優點。
大的比重可以大大降低發動機的燃料消耗。從太陽能電池獲得的能量被用來電離氣體，因此離子發動機能夠工作很長時間--長達3年不間斷。在這樣的時間裏，他將有時間將航天器加速到化學發動機做夢都想不到的速度。
離子發動機作為各種任務的壹部分，反復耕耘著浩瀚的太陽系，但通常是作為輔助，而不是主力。今天，作為離子推進器的壹種可能的替代物，他們越來越多地談論等離子體推進器。
5、等離子體引擎
如果原子的電離程度變得很高(約99%)，那麽這樣的物質聚集狀態就稱為等離子體。等離子體狀態只有在高溫下才能達到，因此，電離氣體在等離子體發動機中被加熱到幾百萬度。加熱是利用外部能源--太陽能電池板或更現實的小型核反應堆來進行的。
然後，熱等離子體通過火箭噴嘴噴出，產生比離子推進器大幾十倍的推力。等離子體發動機的壹個例子是VASIMR項目，該項目自上世紀70年代開始研制。與離子推進器不同，等離子體推進器尚未在太空中進行測試，但被寄予了巨大的希望。正是VASIMR等離子體發動機是載人飛向火星的主要候選者之壹。
6 、融合引擎
自二十世紀中葉以來，人們壹直在試圖馴服熱核聚變的能量，但迄今為止，他們還未能做到這壹點。然而，受控的熱核聚變仍然是非常有吸引力的，因為它是從非常廉價的燃料----氦和氫的同位素----中獲得巨大能量的來源。
目前，有幾個項目正在設計壹種以熱核聚變為能源的噴氣發動機。其中最有希望的被認為是基於磁等離子體封閉反應器的模型。這種發動機中的熱核反應器將是壹個長100-300米、直徑1-3米的無壓圓柱形式。艙內應以高溫等離子體的形式提供燃料，在足夠的壓力下，進入核聚變反應。位於試驗室周圍的磁力系統線圈應防止這種等離子體與設備接觸。
熱核反應區位於這種圓筒的軸線上。在磁場的幫助下，極熱的等離子體流經反應堆噴嘴，產生巨大的推力，比化學發動機的推力大很多倍。
7、反物質引擎
我們周圍的所有物質都是由費米子組成的--具有半整數自旋的基本粒子。例如，在原子核中構成質子和中子的誇克，以及電子。此外，每個費米子都有自己的反粒子。對於電子來說，這是壹個正電子，對於誇克來說，這是壹個反誇克。
反粒子與平常的 "同誌 "質量相同，自旋相同，不同的是其他所有量子參數的符號。理論上，反粒子能夠構成反物質，但到目前為止，宇宙中還沒有任何地方登記過反物質。對於基礎科學來說，最大的問題是為什麽它不存在。
但在實驗室條件下，妳可以得到壹些反物質。例如，最近有人做了壹個實驗，比較了儲存在磁阱中的質子和反質子的特性。
當反物質和普通物質相遇時，會發生壹個相互湮滅的過程，伴隨著巨大能量的爆發。所以，如果拿壹公斤的物質和反物質來說，它們相遇時釋放的能量就相當於人類 歷史 上威力最大的氫彈--"沙皇彈 "的爆炸。
而且，相當壹部分能量將以電磁輻射的光子形式釋放。據此，人們希望通過制造壹個類似於太陽帆的光子引擎，將這種能量用於太空旅行，只是在這種情況下，光將由內部源產生。
但為了有效地利用噴氣發動機的輻射，就必須解決創造壹個能夠反射這些光子的 "鏡子 "的問題。畢竟，飛船必須以某種方式推開才能產生推力。
任何現代材料根本無法承受這種爆炸時生的輻射，會瞬間蒸發。斯特魯加茨基兄弟在他們的科幻小說中，通過制造壹種 "絕對反射器 "解決了這個問題。在現實生活中，還沒有人做到這樣。這項任務和制造大量反物質及其長期儲存的問題壹樣，是未來物理學的問題。