Les engins spatiaux interstellaires, ou engins spatiaux capables d’effectuer des voyages entre les systèmes solaires, devraient être considérablement plus avancés que les engins interplanétaires que l’humanité a déjà construits. Alors que la distance entre les planètes de ce système solaire peut être mesurée en minutes-lumière ou en heures-lumière, les distances entre les systèmes stellaires sont généralement de dizaines d’années-lumière. Parce que les systèmes solaires sont si petits par rapport aux vastes étendues d’espace vide dans lesquels ils sont intégrés, des systèmes de navigation et de propulsion de haute précision seront nécessaires pour qu’un vaisseau spatial interstellaire atteigne sa cible avec succès.
L’un des avantages des voyages interstellaires est le quasi-vide de l’espace ; une fois que vous faites bouger un objet, il y a peu de résistance pour le ralentir. Cependant, avec la technologie contemporaine des fusées chimiques, accélérer n’importe quel objet à une vitesse supérieure à plusieurs millièmes de la vitesse de la lumière serait extrêmement difficile. Pour fabriquer un engin spatial interstellaire, il a été reconnu que les fusées chimiques à combustible solide seront insuffisantes et que de nouvelles méthodes de propulsion doivent être imaginées.
L’autre obstacle technique majeur à la création d’un vaisseau spatial interstellaire est de s’assurer que ses occupants restent à l’aise et psychologiquement en forme tout au long du voyage, ce qui peut prendre des centaines ou des milliers d’années. Un vaisseau spatial interstellaire devrait probablement servir de colonie spatiale autonome, abritant peut-être des générations d’individus et les moyens de leur survie et de leur prospérité. Les alternatives proposées incluent des systèmes d’animation suspendus ou des humains génétiquement modifiés pour vivre plus longtemps, manger moins ou résister à l’ennui.
L’une des premières propositions concrètes pour un vaisseau spatial interstellaire vient du projet Orion, né en 1958 chez General Atomics à San Diego. Le projet, considéré par plusieurs scientifiques atomiques comme pratique avec la technologie d’aujourd’hui, implique un navire équipé d’un amortisseur massif, propulsé vers l’avant par les explosions de bombes thermonucléaires larguées à l’arrière de l’engin. Les bombes vaporiseraient une partie de la plaque de souffle (une certaine forme de plastique a été jugée optimale), qui servirait de propulseur pour fournir une poussée. De nombreuses dizaines de scientifiques et d’ingénieurs envisageaient sérieusement de construire un vaisseau spatial Orion dans les années 60 et de l’utiliser pour faire des voyages autour du système solaire dans les années 70 et 80, mais le projet a été abandonné en raison de la sensibilité politique des armes nucléaires.
Une autre forme plus avancée de vaisseau spatial interstellaire proposé est le statoréacteur Bussard. Ce statoréacteur consisterait en une écope géante à l’avant de l’engin, conçue pour aspirer de l’hydrogène interstellaire de la même manière qu’un moteur à réaction aspire de l’air. Les noyaux de l’hydrogène seraient fusionnés dans des réactions proton-proton, fournissant de l’énergie pour la poussée. Bien que la quantité d’hydrogène flottant dans les espaces interstellaires soit diffuse, une grande partie de l’hydrogène pourrait être récoltée si l’engin se déplaçait à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, comme l’exige sa conception. Il a été calculé qu’un tel navire pourrait se déplacer à environ 16% de la vitesse de la lumière.
Encore un autre vaisseau spatial proposé est la voile solaire. Parce que même la lumière du soleil exerce une certaine pression sur les surfaces, elle peut être utilisée pour pousser une charge utile attachée à une gigantesque voile solaire. Une telle voile devrait avoir plusieurs kilomètres de large, mais peut-être seulement quelques atomes d’épaisseur, selon le matériau utilisé. Le graphène, un arrangement particulièrement fort et mince d’atomes de carbone, pourrait être un candidat potentiel. Enroulée étroitement, une charge utile composée de quelques centaines de tonnes seulement pourrait être suffisante pour déployer une voile solaire capable d’accélérer une charge utile à une fraction substantielle de la vitesse de la lumière. Le seul problème est de ralentir une fois que vous atteignez votre système stellaire cible, une tâche qui pourrait être assignée aux rétro-fusées nucléaires.
De nombreux autres types d’engins spatiaux interstellaires ont été envisagés, à la fois dans un contexte sérieux et dans la science-fiction. Les engins spatiaux qui utilisent des trous de ver ou la « flexion » de l’espace-temps sont largement discutés, bien que de telles conceptions nécessitent généralement soit des quantités énormes d’énergie (environ de l’ordre de ce que le soleil libère en quelques minutes), soit l’utilisation de matière négative, une forme exotique de matière qui peut exister ou non. La création de navires qui utilisent des propulseurs réels pour fournir une poussée est beaucoup plus réaliste, bien que leur création soit probablement dans des décennies, compte tenu de notre technologie actuelle. Compte tenu des conséquences vraiment radicales des voyages interstellaires et de la colonisation, quelques décennies ne semblent guère attendre.