Ci sono tre mezzi proposti di viaggio interplanetario che ottengono la massima attenzione: razzi liquidi bipropellenti, motori elettrici, in particolare il motore a ioni o propulsore ionico, e il più sperimentale (ma estremamente promettente) VASIMR, un razzo a magnetoplasma a impulso specifico variabile, che utilizza onde radio e campi magnetici per accelerare un propellente. Questi sistemi di propulsione interplanetaria hanno una velocità di scarico (cioè velocità massima) di 3 – 5 km/s, 30 – 50 km/s e 10 km/s – 300 km/s, rispettivamente. L’impulso specifico (miglia per gallone, fondamentalmente) varia su una scala simile. Per scendere inizialmente dalla superficie planetaria, vengono spesso utilizzati razzi a propellente solido.
I razzi bipropellenti sono stati ampiamente utilizzati in tutto il programma spaziale e hanno portato gli uomini sulla Luna oltre ad essere utilizzati come mezzo principale di viaggio interplanetario per i satelliti. I motori a ioni sono nuovi e sono stati testati per la prima volta nello spazio solo nel 1998, a bordo di Deep Space I. I motori VASIMR sono ancora più recenti e sono stati testati solo a terra. I primi test in orbita dovrebbero aver luogo nel 2010.
I razzi bipropellenti sono preferibili ai razzi a propellente solido per le manovre interplanetarie per molteplici ragioni, la più ovvia delle quali è che i razzi bipropellenti possono essere attivati e disattivati mentre i razzi solidi sono un affare unico. Offrono anche un impulso specifico e una velocità massima migliorati. Il rovescio della medaglia è che sono più costosi dei razzi solidi a causa del macchinario di pompaggio. I razzi solidi funzionano sulla base di un principio più “sparare e dimenticare”, proprio come i razzi bottiglia: li accendi, loro sparano e basta. I razzi bipropellenti hanno molte più parti mobili. Tuttavia, per la propulsione interplanetaria, di solito sono considerati standard. Questi razzi combinano insieme un combustibile e un ossidante ad alta pressione utilizzando turbopompe per produrre spinta.
I motori ionici funzionano in modo simile agli acceleratori di particelle: ionizzano alcune sostanze, solitamente argon, mercurio o xeno, e le accelerano fuori da un ugello utilizzando un potente campo elettrico. Questo sfrutta il rapporto carica-massa degli ioni per produrre spinta. I motori ionici sono destinati esclusivamente ai viaggi interplanetari perché producono una spinta troppo bassa per ascendere dal campo gravitazionale terrestre. A differenza dei motori ionici raffigurati in Star Wars, i veri motori ionici impiegano molte settimane o mesi per accelerare fino a una velocità ragionevole, ma hanno un impulso specifico molto elevato e una velocità massima rispetto ai razzi convenzionali, il che li rende attraenti.
VASIMR è il sistema di propulsione interplanetaria proposto più avanzato, ma completamente fattibile. Come affermato in precedenza, il sistema utilizza onde radio e campi magnetici per accelerare un propellente, solitamente idrogeno. Un “choke” indotto magneticamente consente un flusso di ugelli variabile, da cui la componente di impulso specifico variabile dell’acronimo VASIMR. Questi sistemi sono i più promettenti, in grado di accelerare continuamente e potrebbero accorciare il viaggio su Marte da anni a 8 mesi circa. Il VASIMR è stato originariamente sviluppato durante la ricerca sulla fusione nucleare.