Las formas típicas de propulsión espacial en la actualidad son propulsores de cohetes sólidos, cohetes líquidos y cohetes híbridos. Todos llevan su combustible a bordo y utilizan energía química para producir empuje. Desafortunadamente, pueden ser muy costosos: pueden ser necesarios de 25 a 200 kilogramos de cohete para entregar una carga útil de 1 kg a la órbita terrestre baja. Levantar un kg a la órbita terrestre baja cuesta un mínimo de $ 4,000 dólares estadounidenses (USD), a partir de 2008. $ 10,000 USD puede ser más típico.
El enfoque de los cohetes químicos para el lanzamiento y los viajes espaciales es fundamentalmente limitado. Debido a que un cohete debe impulsar su propio combustible hacia arriba a través de la parte más densa de la atmósfera, no es muy rentable. Un invento más reciente es la nave espacial privada SpaceShipOne, que utilizó una nave portadora (White Knight) para llevarla a 14 km (8.7 millas) de altitud antes del lanzamiento. A esta altura, mayor en altitud que el monte. Everest, SpaceShipOne ya está por encima del 90% de la atmósfera y puede usar su pequeño motor híbrido para viajar el resto del camino hasta el borde del espacio (100 km de altitud). Es probable que las naves espaciales turísticas tempranas, baratas y reutilizables se basen en este modelo.
Más allá del paradigma de los cohetes químicos, hay varias otras formas de propulsión espacial que se han analizado. Los propulsores de iones, en particular, ya han sido utilizados con éxito por varias naves espaciales, incluida Deep Space 1, que visitó el cometa Borrelly y el asteroide Braille en 2001. Los propulsores de iones funcionan como un acelerador de partículas, arrojando iones por la parte trasera del motor utilizando un sistema electromagnético. campo. Para viajes más largos, como de la Tierra a Marte, los propulsores de iones ofrecen un mejor rendimiento que las formas convencionales de propulsión espacial, pero solo por un pequeño margen.
Las formas más avanzadas de propulsión espacial incluyen la propulsión de pulso nuclear y otros enfoques de propulsión nuclear. La densidad de potencia de una planta de energía nuclear o de una bomba nuclear es muchas veces mayor que la de cualquier fuente química y, en consecuencia, los cohetes nucleares serían más eficaces. Propulsión de pulso nuclear que un diseño de referencia de la década de 1960, llamado Orion, que no debe confundirse con el vehículo de exploración de la tripulación Orion de la década de 2000, que podría llevar una tripulación de 200 personas a Marte y regresar en solo cuatro semanas, en comparación con 12 meses. para la misión de referencia actual de la NASA impulsada químicamente, o las lunas de Saturno en siete meses.
Otro diseño llamado Proyecto Dédalo habría requerido solo unos 50 años para llegar a la Estrella de Bernard, a 6 años luz de distancia, pero requeriría cierto progreso tecnológico en el área de la fusión por confinamiento inercial (ICF). La mayoría de las investigaciones sobre propulsión nuclear por pulsos se cancelaron debido al Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas en 1965, aunque la idea ha recibido una atención renovada últimamente.
Otra forma de propulsión espacial, las velas solares, se examinó con cierto detalle en las décadas de 1980 y 1990. Las velas solares usarían una vela reflectante para acelerar la carga útil utilizando la presión de radiación del sol. Al no tener masa de reacción, las velas solares podrían ser ideales para viajar rápidamente lejos del Sol. Aunque las velas solares pueden tardar semanas o meses en acelerarse a una velocidad apreciable, este proceso podría superarse mediante el uso de láseres terrestres o espaciales para dirigir la radiación hacia la vela. Desafortunadamente, la tecnología para plegar y desplegar una vela solar extremadamente delgada aún no está disponible, por lo que es posible que la construcción tenga que ocurrir en el espacio, lo que complica considerablemente las cosas.
Otra forma más futurista de propulsión espacial sería utilizar antimateria como combustible para la propulsión, como algunas naves espaciales de ciencia ficción. Hoy en día, la antimateria es la sustancia más cara de la Tierra, con un costo de alrededor de $ 300 mil millones de dólares estadounidenses por miligramo. Hasta ahora solo se han producido varios nanogramos de antimateria, lo suficiente para iluminar una bombilla durante varios minutos.
La distinción clave entre muchas de las tecnologías mencionadas y los cohetes químicos es que estas tecnologías pueden acelerar las naves espaciales a velocidades cercanas a la de la luz, mientras que los cohetes químicos no pueden. Por tanto, el futuro a largo plazo de los viajes espaciales reside en una de estas tecnologías.