现代火箭发动机能很好地将技术送入轨道，但它们完全不适合长时间的太空旅行。因此，十几年来，科学家们一直在研究创造替代性的太空发动机，可以将飞船加速到创纪录的速度。让我们来看看这个领域的七个关键想法。
1、沙尔发动机（EmDrive）
要移动，你需要从某物上推开--这条规则被认为是物理学和宇航学不可动摇的支柱之一。具体从什么地方开始--从地球、水、空气或者像火箭发动机那样的气体喷射--并不那么重要。
一个著名的思想实验：想象一个宇航员进入外太空，但连接他和飞船的电缆突然断裂，人开始慢慢飞走。他只有一个工具箱。他的行动是什么？正确答案：他需要从飞船上扔掉工具。根据动量守恒定律，人从工具上抛开的力与工具从人身上抛开的力完全相同，所以他将逐渐向飞船移动。正如实验表明的那样，有一定的机会反驳这种不可动摇的说法。
这款发动机的创造者是英国工程师罗杰-沙尔，他在2001年成立了自己的卫星推进研究公司。EmDrive的设计相当奢侈，是一个金属桶的形状，两端密封。在这个桶内有一个磁控管，可以发射电磁波--和传统的微波炉一样。而事实证明，它足以产生一个非常小但相当明显的推力。
作者自己通过电磁辐射在 "水桶 "不同端的压力差来解释他的发动机的运作--在窄的一端比宽的一端要小。这就产生了一个指向窄端的推力。这种发动机运行的可能性曾不止一次受到质疑，但在所有的实验中，沙尔装置都显示出在预定方向上存在推力。
实验：
对沙尔桶进行测试的实验者包括美国航天局、德累斯顿工业大学和中国科学院等组织。该发明在各种条件下进行了测试，包括在真空中，它显示出存在20微微子的推力。
这相对于化学喷气发动机来说，是非常小的。但是，考虑到沙尔发动机可以随心所欲地工作，因为它不需要燃料的供应（太阳能电池可以提供磁控管工作），它有可能将航天器加速到巨大的速度，以光速的百分比来衡量。
为了充分证明发动机的性能，有必要进行更多的测量，并摆脱外部磁场等可能产生的副作用。然而，已经有人对沙尔发动机的异常推力提出了其他可能的解释，一般来说，这违反了通常的物理定律。
例如，有人提出了这样的版本：发动机能够产生推力是因为它与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，充满了不断出现和消失的虚拟基本粒子。最终谁会是对的--这个理论的作者、沙尔本人还是其他怀疑论者，我们将在不久的将来找到答案。
2、太阳能帆
如上所述，电磁辐射会产生压力。这意味着在理论上它可以转化为运动----例如，在帆的帮助下。正如过去几个世纪的船只用帆抓住风一样，未来的宇宙飞船也会用帆抓住太阳或任何其他星光。
但问题是，光压极小，而且随着与光源距离的增加而减小。因此，这种帆要想发挥作用，必须非常轻巧，而且体积非常大。而这就增加了当它遇到小行星或其他物体时，整个结构被破坏的风险。
已经有人尝试建造并向太空发射太阳能帆船--1993年，俄罗斯在 "进步号 "飞船上测试了太阳能帆，2010年，日本在前往金星的途中进行了成功的测试。但还没有一艘船使用风帆作为主要的加速来源。另一个项目--电动帆，在这方面看起来更有前途一些。
3、电动帆
太阳不仅发射光子，而且还发射带电的物质粒子：电子、质子和离子。所有这些粒子形成了所谓的太阳风，太阳风每秒从太阳表面带走约100万吨物质。
太阳风的传播范围达数十亿公里，是我们地球上一些自然现象的原因：地磁风暴和北极光。地球受到自身磁场的保护，不受太阳风的影响。
太阳风和空气风一样，相当适合旅行，你只需要让它吹在风帆上。芬兰科学家Pekka Janhunen在2006年创建的电帆项目，从外表上看，与太阳能的电帆没有什么共同之处。这种发动机由几根细长的电缆组成，类似于没有轮辋的轮辐。
由于电子枪逆行方向发射，这些电缆获得了正电势。由于电子的质量约为质子质量的1800倍，所以电子产生的推力不会起到根本性的作用。太阳风的电子对这样的风帆并不重要。但带正电荷的粒子--质子和阿尔法辐射--将被绳索排斥，从而产生喷射推力。
虽然这种推力将比太阳帆的推力小200倍左右，但欧洲航天局对这个项目很感兴趣。事实上，电帆在太空中的设计、制造、部署和操作都要容易得多。此外，利用重力，电帆还可以前往恒星风的源头，而不仅仅是远离它。而且由于这种帆的表面积比太阳帆的表面积小得多，所以更不容易受到小行星和太空碎片的影响。也许在未来几年内，我们会看到第一艘实验船的电帆。
4、离子发动机
带电的物质粒子，即离子的流动，不仅由恒星发出。离子化气体也可以人工制造。正常情况下，气体粒子是电中性的，但当其原子或分子失去电子时，就会变成离子。就其总质量而言，这种气体仍然没有电荷，但其单个粒子却变成了带电粒子，这意味着它们可以在磁场中移动。
在离子引擎中，惰性气体（通常是氙气）被高能电子流电离。它们将电子从原子中击出，并获得正电荷。此外，所产生的离子在静电场中被加速到200公里/秒的速度，这比化学喷气发动机的气体流出速度大50倍。然而，现代离子推进器的推力非常小--大约50-100毫微吨。这样的发动机甚至无法搬离桌面。但他有一个严重的优点。
大的比重可以大大降低发动机的燃料消耗。从太阳能电池获得的能量被用来电离气体，因此离子发动机能够工作很长时间--长达3年不间断。在这样的时间里，他将有时间将航天器加速到化学发动机做梦都想不到的速度。
离子发动机作为各种任务的一部分，反复耕耘着浩瀚的太阳系，但通常是作为辅助，而不是主力。今天，作为离子推进器的一种可能的替代物，他们越来越多地谈论等离子体推进器。
5、等离子体引擎
如果原子的电离程度变得很高(约99%)，那么这样的物质聚集状态就称为等离子体。等离子体状态只有在高温下才能达到，因此，电离气体在等离子体发动机中被加热到几百万度。加热是利用外部能源--太阳能电池板或更现实的小型核反应堆来进行的。
然后，热等离子体通过火箭喷嘴喷出，产生比离子推进器大几十倍的推力。等离子体发动机的一个例子是VASIMR项目，该项目自上世纪70年代开始研制。与离子推进器不同，等离子体推进器尚未在太空中进行测试，但被寄予了巨大的希望。正是VASIMR等离子体发动机是载人飞向火星的主要候选者之一。
6 、融合引擎
自二十世纪中叶以来，人们一直在试图驯服热核聚变的能量，但迄今为止，他们还未能做到这一点。然而，受控的热核聚变仍然是非常有吸引力的，因为它是从非常廉价的燃料----氦和氢的同位素----中获得巨大能量的来源。
目前，有几个项目正在设计一种以热核聚变为能源的喷气发动机。其中最有希望的被认为是基于磁等离子体封闭反应器的模型。这种发动机中的热核反应器将是一个长100-300米、直径1-3米的无压圆柱形式。舱内应以高温等离子体的形式提供燃料，在足够的压力下，进入核聚变反应。位于试验室周围的磁力系统线圈应防止这种等离子体与设备接触。
热核反应区位于这种圆筒的轴线上。在磁场的帮助下，极热的等离子体流经反应堆喷嘴，产生巨大的推力，比化学发动机的推力大很多倍。
7、反物质引擎
我们周围的所有物质都是由费米子组成的--具有半整数自旋的基本粒子。例如，在原子核中构成质子和中子的夸克，以及电子。此外，每个费米子都有自己的反粒子。对于电子来说，这是一个正电子，对于夸克来说，这是一个反夸克。
反粒子与平常的 "同志 "质量相同，自旋相同，不同的是其他所有量子参数的符号。理论上，反粒子能够构成反物质，但到目前为止，宇宙中还没有任何地方登记过反物质。对于基础科学来说，最大的问题是为什么它不存在。
但在实验室条件下，你可以得到一些反物质。例如，最近有人做了一个实验，比较了储存在磁阱中的质子和反质子的特性。
当反物质和普通物质相遇时，会发生一个相互湮灭的过程，伴随着巨大能量的爆发。所以，如果拿一公斤的物质和反物质来说，它们相遇时释放的能量就相当于人类 历史 上威力最大的氢弹--"沙皇弹 "的爆炸。
而且，相当一部分能量将以电磁辐射的光子形式释放。据此，人们希望通过制造一个类似于太阳帆的光子引擎，将这种能量用于太空旅行，只是在这种情况下，光将由内部源产生。
但为了有效地利用喷气发动机的辐射，就必须解决创造一个能够反射这些光子的 "镜子 "的问题。毕竟，飞船必须以某种方式推开才能产生推力。
任何现代材料根本无法承受这种爆炸时生的辐射，会瞬间蒸发。斯特鲁加茨基兄弟在他们的科幻小说中，通过制造一种 "绝对反射器 "解决了这个问题。在现实生活中，还没有人做到这样。这项任务和制造大量反物质及其长期储存的问题一样，是未来物理学的问题。