Interstellare Raumschiffe oder Raumschiffe, die Reisen zwischen Sonnensystemen machen können, müssten erheblich fortschrittlicher sein als die interplanetaren Raumschiffe, die die Menschheit bereits gebaut hat. Während die Entfernung zwischen Planeten in diesem Sonnensystem in Lichtminuten oder Lichtstunden gemessen werden kann, betragen die Entfernungen zwischen Sternensystemen typischerweise Dutzende von Lichtjahren. Da Sonnensysteme im Verhältnis zu den riesigen Weiten des leeren Raums, in den sie eingebettet sind, so klein sind, werden hochpräzise Navigations- und Antriebssysteme erforderlich sein, damit ein interstellares Raumfahrzeug sein Ziel erfolgreich erreichen kann.
Ein Vorteil interstellarer Reisen ist das nahezu Vakuum des Weltraums; Sobald Sie ein Objekt in Bewegung setzen, gibt es wenig Widerstand, um es zu verlangsamen. Mit der modernen chemischen Raketentechnologie wäre es jedoch enorm schwierig, ein Objekt auf eine Geschwindigkeit von über vielen Tausendstel der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Um ein interstellares Raumfahrzeug zu bauen, wurde anerkannt, dass chemische Festbrennstoffraketen nicht ausreichen und dass neue Antriebsmethoden entwickelt werden müssen.
Die andere große technische Hürde bei der Entwicklung eines interstellaren Raumschiffs besteht darin, sicherzustellen, dass seine Insassen während der Reise, die Hunderte oder Tausende von Jahren dauern kann, bequem und psychisch fit bleiben. Ein interstellares Raumschiff müsste wahrscheinlich als autonome Weltraumkolonie dienen, vielleicht Generationen von Individuen und die Mittel für ihr Überleben und ihren Wohlstand. Zu den vorgeschlagenen Alternativen gehören suspendierte Animationssysteme oder Menschen, die gentechnisch verändert wurden, um länger zu leben, weniger zu essen oder gegen Langeweile resistent zu sein.
Einer der ersten konkreten Vorschläge für eine interstellare Raumsonde stammt von Project Orion, das 1958 bei General Atomics in San Diego geboren wurde. Das Projekt, das von mehreren Atomwissenschaftlern als praktikabel mit der heutigen Technologie angesehen wird, umfasst ein mit einem massiven Stoßdämpfer ausgestattetes Schiff, das durch die Explosionen thermonuklearer Bomben, die aus dem Heck des Raumfahrzeugs abgeworfen werden, vorwärtsgetrieben wird. Die Bomben würden einen Teil der Sprengplatte verdampfen (eine Form von Kunststoff wurde als optimal angesehen), die als Treibmittel dienen würde, um Schub zu liefern. Viele Dutzend Wissenschaftler und Ingenieure wollten in den 60er Jahren ernsthaft ein Orion-Raumschiff bauen und in den 70er und 80er Jahren damit Reisen um das Sonnensystem unternehmen, aber das Projekt wurde aufgrund der politischen Sensibilität von Atomwaffen auf Eis gelegt.
Eine weitere, fortschrittlichere Form der vorgeschlagenen interstellaren Raumsonde ist der Bussard-Staustrahl. Dieser Staustrahl würde aus einer riesigen Schaufel an der Vorderseite des Fahrzeugs bestehen, die interstellaren Wasserstoff ähnlich wie ein Düsentriebwerk ansaugt. Die Kerne des Wasserstoffs würden in Proton-Proton-Reaktionen fusioniert und liefern Energie für den Schub. Obwohl die Menge an frei schwebendem Wasserstoff in interstellaren Räumen diffus ist, könnte viel Wasserstoff gewonnen werden, wenn sich das Fahrzeug mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegt, wie es sein Design erfordert. Es wurde berechnet, dass sich ein solches Schiff mit etwa 16% der Lichtgeschwindigkeit bewegen könnte.
Ein weiteres vorgeschlagenes Raumfahrzeug ist das Sonnensegel. Da sogar Sonnenlicht einen gewissen Druck auf Oberflächen ausübt, könnte es verwendet werden, um eine Nutzlast zu schieben, die an einem riesigen Sonnensegel befestigt ist. Ein solches Segel müsste viele Kilometer breit sein, aber je nach Material vielleicht nur wenige Atome dick. Graphen, eine besonders starke und dünne Anordnung von Kohlenstoffatomen, könnte ein potenzieller Kandidat sein. Fest aufgerollt könnte eine Nutzlast von nur wenigen hundert Tonnen ausreichen, um ein Sonnensegel zu entfalten, das eine Nutzlast auf einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann. Das einzige Problem ist die Verlangsamung, sobald Sie Ihr Zielsternsystem erreichen, eine Aufgabe, die nuklearen Retro-Raketen zugewiesen werden könnte.
Viele andere Arten von interstellaren Raumfahrzeugen wurden in Betracht gezogen, sowohl in einem ernsthaften Kontext als auch in der Science-Fiction. Raumschiffe, die Wurmlöcher oder das „Krümmen“ der Raumzeit verwenden, werden im Volksmund diskutiert, obwohl solche Designs normalerweise entweder enorme Mengen an Energie benötigen (ungefähr in der Größenordnung dessen, was die Sonne in ein paar Minuten freisetzt) oder die Verwendung von negativer Materie, einer exotischen Form von Materie, die tatsächlich existieren kann oder nicht. Die Entwicklung von Schiffen, die echte Treibstoffe verwenden, um Schub zu erzeugen, ist viel realistischer, obwohl ihre Entwicklung angesichts unserer aktuellen Technologie wahrscheinlich noch Jahrzehnte entfernt ist. Angesichts der wahrhaft radikalen Folgen interstellarer Reisen und Kolonisation scheinen einige Jahrzehnte kaum zu warten.