星际穿越——核动力火箭
现在的火箭都需要携带巨大的燃料罐，里面装着燃料或推进剂。说是燃料，其实既包括燃烧剂又包括氧化剂，燃烧剂可以是煤油、酒精、偏二甲肼、液态氢等这些在地球上就能燃烧的东西，氧化剂可能是液态氧、四氧化二氮等等含有氧元素的物质，以帮助燃烧剂在没有氧气的太空中燃烧。
火箭发射时，燃料燃烧向后喷出高温高压的气体，由此产生巨大的反冲力将火箭推上太空……但因为燃料燃烧的过程释放的是化学能，放出的能量有限，如果要进行远距离旅行必然要增加携带燃料的数量。
这就带来一个悖论：航行距离增加→需要携带燃料增加→火箭重量增加→导致飞不远→携带更多燃料→火箭重量进一步增加。或者说，大量燃料的消耗是为了抵消燃料自己上天所需要的能量。因此，以化学能为动力的火箭注定飞不远。
所以，如果要进行深空探测，或者说，如果要飞得更远，而不是像人造卫星一样围着地球打转，一定需要能量密度更大的动力方式。而目前，最可能的方式，便是核动力。
俄罗斯“联盟号”火箭竖立在发射架上，尾部巨大的燃料舱清晰可见
“核动力火箭”技术还有另一个更专业的名字，叫“空间核推进”技术，按照工作原理分类，空间核推进主要分为核热推进（Nuclear-Thermal Propulsion，NTP）、核电推进（Nuclear-Electric Propulsion，NEP）和双模式核推进（Bimodal nuclear propulsion，BN-TEP）三大类。
其中，核热推进利用核裂变释放的热能对工质（如液态氢）直接加热，然后将高温高压的工质从喷管高速喷出，从而产生巨大的推力，具有推力大（可达吨级）、比冲较高（800～1000秒）等优点，但存在核燃料高温腐蚀、核反应产物释放造成污染等问题需要解决。
比冲
比冲，又叫比冲量，定义为单位推进剂的量所产生的冲量。如果用重量描述推进剂的量，比冲拥有时间量纲，国际单位为秒（s）。比冲量是用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数，其大小与发动机的推进剂能量、燃烧效率和喷管效率相关。发动机比冲越高，相同条件下推进剂能够产生的速度增量也越大，发动机效率也就越高。
核电推进，则是将核能转换为电能，为大功率电推进系统（如霍尔效应推进器）供电，霍尔效应推进器利用磁场限制电子的轴向运动，使推进剂（如惰性气体氙）电离加速并高速喷出产生推力，具有超高比冲（3000～10000秒）、较大推力（几牛～数百牛）、长寿命等优势，但也存在系统较为复杂、高效热电转换等技术难点，该技术的空间核电源和大功率电推进技术相对分隔开，不存在辐射物质向外排放的问题，技术实现可行性更高。
霍尔效应推进器
霍尔效应推进器通常使用氢气、氙气、氩气作为推进剂。推进剂并不燃烧，而是受到电子撞击变成离子状态，这些离子再经过电场的加速之后喷出，从而产生推力。喷射出的气体加速可超过10千米/秒，最快甚至可达80千米/秒。相比之下，火箭发动机产生的气流速度通常只有2000～4000/秒。
美国物理学家霍尔（E.H.Hall）
霍尔效应（Hall effect）
使用氪气作为推进剂的霍尔推进器，发出幽幽蓝光（科罗拉多州立大学电力推进和等离子体工程实验室）
双模式核推进是核热推进和核电推进技术的融合。反应堆产生的热能一部分用于直接加热推进剂产生推力，采用核热推进模式工作，另一部分热能转化为电能提供给大功率电推进，采用核电推进模式工作。双模式核推进技术更先进，同时难度也更高。
利用核能加热或供电的航天器已经很多了，那有利用核能推进的航天器吗？
20世纪80年代末，苏联就发射了两颗以核反应堆“TOPAZ”（热离子核反应堆电源）和SPT-70霍尔电推进为动力的卫星“宇宙-1818”和“宇宙-1867”。该推进系统工作150小时、总共开/关机180次，成功验证了核电源和电推进的系统兼容性，全部设计参数和地面测试结果都得到了证实和校验。
1999年，俄罗斯《空间新闻》杂志对“TOPAZ”做了详细介绍
2009年，接过苏联衣钵的俄罗斯批准研发电功率兆瓦级核电推进系统的飞船计划。根据计划，这种飞船使用热功率3.5兆瓦的核反应堆，产生约1兆瓦电功率；使用10～20个电磁推力器，单台功率为50千瓦，推力约为0.8牛，比冲7000秒；采用先进液滴辐射散热器。核动力飞船在轨质量22吨，寿命不低于10年。
再看美国，20世纪90年代，美国NASA曾针对空间核电站SP-100研发计划，结合大功率磁等离子体推力器设计了深空探测的货运任务计划。该计划利用核电推进系统把一个质量为90吨的火星登陆模块从500公里的地球轨道转移到6000公里的火星轨道上。航天器采用3个SP-100空间核反应堆，总输出功率为1.716兆瓦电功率，推进系统的质量电功率比为24.8千克/千瓦，比冲为4900秒，推进系统效率为60%。
然而，随着冷战的结束，美俄两国的脚步都慢了下来。目前虽然有核动力卫星已经上天，但也只是停留在试验阶段，真正的核动力火箭离成为现实依然有较长的路要走。
如果把目光投向更遥远的未来，星际旅行可能实施方案，科学家们认为有十种之多。在火遍全球的中国科幻作品《三体》中，主要展示了以下四种：(https://www.daowen.com)
“联盟号”和“阿波罗号”宇宙飞船对接（D.Meltzer绘，1975）
断线风筝型——辐射帆飞船
这种飞船带有一个面积巨大的辐射帆，是类似于太阳帆的那种能被辐射推动的薄膜。这种飞船在发射前，要事先把多枚核弹用传统的火箭发射到太空中，分布在飞船要飞行的最初一小段航线上。飞船在经过每一颗核弹的瞬间，核弹在帆后爆炸，产生推进力。准确地说，飞船不是自己飞的，而是被核弹爆炸产生的冲击波“炸飞”的。
由于在太空中没有空气阻力，哪怕很小的力都可以推动飞船加速，何况核弹爆炸产生的冲击力。这样，飞船就像被芭蕉扇吹过的羽毛一样，会获得极大的加速度，在多枚核弹的加速下，可以达到比较高的速度。
但是由于核弹不可能被布置到很远的地方，所以这样的航行注定距离不远。而且飞船难以进行转向、返回等动作，只能卖“单程票”。
辐射帆飞船
循序渐进型——核动力飞船
这是目前人类技术正在努力突破的能级，当然，实现核动力飞船前，首先需要突破上文提到的一项技术——可控核聚变。
在《三体》这部作品中，人类在获得可控核聚变技术的突破后，开始面临两个选择——工质推进飞船和工介质的辐射驱动飞船。
工质推进飞船是把传统火箭的锅炉变成反应堆，用核反应的热量把氢氦等工质加热后，通过喷口高速喷出。这样的缺点在于飞船永远离不开被加热的工质，要用超过三分之二的运载能力运载工质，而且工质消耗很快，所以这种飞船只能以行星基地为依托，在太阳系内航行。
而工介质的辐射驱动飞船则是直接将核反应的核废料作为高温粒子喷出，从而获得推力。这样飞船只需要携带核燃料，而不需要携带大量工质。这是目前看到的最有可能实现飞出太阳系梦想的形式。
核动力飞船想象图（AI绘）
不停加油型——反物质飞船
这是在《三体》中三体人舰队所使用的技术。三体舰队的飞船前方有一个巨大的磁力场，形成一个漏斗形的磁罩，用于收集太空中的反物质粒子。相当于一辆汽车可以一边开车，一边在路程中不断捡到油箱。这样三体人的舰队不但可以实现恒星间航行（从半人马座到太阳系的距离超过4光年），而且即使庞大的载人飞船也可以最高加速到光速的十分之一。这种收集过程十分缓慢，经过相当长的时间，才能得到供飞船进行一段时间加速的反物质数量，因此舰队的加速是间断进行的。
《星际迷航》中虚构的使用反物质动力的太空船联邦星舰“航海家”号
反物质
反物质是正常物质的反状态，如带负电的电子、带正电的质子是正常物质，他们的反状态就是正电子、负质子。反物质跟正常物质相比较，电量相等但电性相反。当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。这个过程被称为泯灭。
空间跳板型——曲率驱动飞船
宇宙的空间并不是平坦的，而是处处存在着曲率。试着把宇宙的想象为一张大膜，每个星体会把膜压出一个一个的“坑”，星体质量越大，“坑”越大越深。飞船则像一个在膜上滑行的小球，会自然地往坑里走，在现实中的表现就是被星体的引力吸走了。所以说，在宇宙中，因为或大或小的星体无处不在，引力无处不在，所以曲率也是无处不在的。
想象的虫洞
《星际迷航》中虚构的曲率驱动的太空船
一艘处于太空中的飞船，如果能够用某种方式把它后面的一部分空间曲率“熨平”，减小其曲率、那么飞船就会被前方曲率更大的空间拉过去，这就是曲率驱动。曲率驱动不可能像空间折叠那样瞬间到达目的地，但却有可能使飞船以无限接近光速的速度航行。
在这四种方式中，前三种都和核技术有关，最后一种可能在有些人眼中已经近乎玄学。但不可否认的是，无论哪一种，都离不开核物理等基础物理学科的研究，离不开原子能技术的应用和不断发展。在几代科学家不断对原子层层剖析时，在一点一滴建设粒子对撞机时，在强大的磁场能够束缚住上亿度的等离子体时，人类宏伟的太空计划蓝图，也在一点一点显现。浩瀚星空虽然遥远，日积月累必然可达。幻想与现实齐飞，科技共浪漫一色。
