I veicoli spaziali interstellari, o veicoli spaziali in grado di compiere viaggi tra i sistemi solari, dovrebbero essere considerevolmente più avanzati dei veicoli interplanetari che l’umanità ha già costruito. Mentre la distanza tra i pianeti in questo sistema solare può essere misurata in minuti luce o ore luce, le distanze tra i sistemi stellari sono tipicamente dozzine di anni luce. Poiché i sistemi solari sono così piccoli rispetto alle vaste distese di spazio vuoto in cui sono incorporati, saranno necessari sistemi di navigazione e propulsione ad alta precisione affinché un veicolo spaziale interstellare raggiunga con successo il suo obiettivo.
Un vantaggio del viaggio interstellare è il quasi vuoto dello spazio; una volta che un oggetto si muove, c’è poca resistenza per rallentarlo. Tuttavia, con la moderna tecnologia dei razzi chimici, accelerare qualsiasi oggetto a una velocità superiore a molti millesimi della velocità della luce sarebbe tremendamente difficile. Per realizzare un veicolo spaziale interstellare, è stato riconosciuto che i razzi chimici a combustibile solido saranno insufficienti e che devono essere escogitati nuovi metodi di propulsione.
L’altro grande ostacolo tecnico nella creazione di un veicolo spaziale interstellare è assicurarsi che i suoi occupanti rimangano a proprio agio e psicologicamente in forma per tutto il viaggio, che potrebbe richiedere centinaia o migliaia di anni. Un’astronave interstellare dovrebbe probabilmente fungere da colonia spaziale autonoma, forse ospitando generazioni di individui e i mezzi per la loro sopravvivenza e prosperità. Le alternative proposte includono sistemi di animazione sospesa o esseri umani geneticamente modificati per vivere più a lungo, mangiare di meno o resistere alla noia.
Una delle prime proposte concrete per un veicolo spaziale interstellare arriva dal Progetto Orion, nato nel 1958 alla General Atomics di San Diego. Il progetto, ritenuto da diversi scienziati atomici pratico con la tecnologia odierna, prevede una nave dotata di un enorme ammortizzatore, spinta in avanti dalle esplosioni di bombe termonucleari sganciate dalla parte posteriore del velivolo. Le bombe vaporizzerebbero parte della piastra di scoppio (una forma di plastica è stata giudicata ottimale), che servirebbe da propellente per fornire spinta. Molte dozzine di scienziati e ingegneri erano seriamente intenzionati a costruire una navicella spaziale Orion negli anni ’60 e ad usarla per fare viaggi intorno al sistema solare negli anni ’70 e ’80, ma il progetto è stato accantonato a causa della sensibilità politica delle armi nucleari.
Un’altra forma più avanzata di veicolo spaziale interstellare proposto è il ramjet Bussard. Questo ramjet consisterebbe in un gigantesco scoop nella parte anteriore del velivolo, progettato per aspirare l’idrogeno interstellare in modo molto simile al modo in cui un motore a reazione aspira l’aria. I nuclei dell’idrogeno si fonderebbero in reazioni protone-protone, fornendo energia per la spinta. Sebbene la quantità di idrogeno fluttuante negli spazi interstellari sia diffusa, si potrebbe raccogliere molto idrogeno se l’astronave si muovesse vicino alla velocità della luce, come richiede il suo progetto. È stato calcolato che una nave del genere potrebbe muoversi a circa il 16% della velocità della luce.
Ancora un altro veicolo spaziale proposto è la vela solare. Poiché anche la luce solare esercita una certa pressione sulle superfici, potrebbe essere utilizzata per spingere un carico utile attaccato a una gigantesca vela solare. Una tale vela dovrebbe essere larga molti chilometri, ma forse spessa solo pochi atomi, a seconda del materiale utilizzato. Il grafene, una disposizione particolarmente forte e sottile di atomi di carbonio, potrebbe essere un potenziale candidato. Ben arrotolato, un carico utile di poche centinaia di tonnellate potrebbe essere sufficiente per dispiegare una vela solare in grado di accelerare un carico utile a una frazione sostanziale della velocità della luce. L’unico problema è rallentare una volta raggiunto il sistema stellare bersaglio, un compito che potrebbe essere assegnato ai retrorazzi nucleari.
Sono stati presi in considerazione molti altri tipi di veicoli spaziali interstellari, sia in un contesto serio che nella fantascienza. I veicoli spaziali che utilizzano i wormhole o la “flessione” dello spaziotempo sono comunemente discussi, sebbene tali progetti in genere richiedano enormi quantità di energia (circa nell’ordine di ciò che il sole rilascia in un paio di minuti) o l’uso di materia negativa, una forma esotica di materia che può esistere o non esistere. La creazione di navi che utilizzano propellenti reali per fornire spinta è molto più realistica, anche se la loro creazione è probabilmente lontana decenni, data la nostra tecnologia attuale. Considerando le conseguenze davvero radicali del viaggio interstellare e della colonizzazione, pochi decenni non sembrano essere molto lunghi da aspettare.