Wat zijn enkele ongewone vormen van voortstuwing van de ruimte?

Typische vormen van ruimtevoortstuwing zijn tegenwoordig solide raketboosters, vloeibare raketten en hybride raketten. Allen dragen hun brandstof aan boord en gebruiken chemische energie om stuwkracht te produceren. Helaas kunnen ze erg duur zijn: het kan 25-200 kilogram raket kosten om een ​​lading van 1 kg te leveren aan een lage baan om de aarde. Het heffen van een kg naar een lage baan om de aarde kost minimaal $ 4.000 US dollar (USD), vanaf 2008. $ 10.000 USD kan meer typisch zijn.

De chemische raketbenadering van ruimtevaart en reizen is fundamenteel beperkt. Omdat een raket zijn eigen brandstof door het dichtste deel van de atmosfeer omhoog moet stuwen, is het niet erg kosteneffectief. Een recentere uitvinding is het privé-ruimtevaartuig SpaceShipOne, dat een vliegdekschip (White Knight) gebruikte om het vóór de lancering naar 14 km (8,7 mi) hoogte te brengen. Op deze hoogte groter dan Mt. Everest heeft SpaceShipOne al meer dan 90% van de atmosfeer en kan zijn kleine hybride motor gebruiken om de rest van de weg naar de rand van de ruimte (100 km hoogte) te rijden. Vroege, goedkope, herbruikbare toeristische ruimtevaartuigen zijn waarschijnlijk gebaseerd op dit model.

Naast het chemische raketparadigma zijn er verschillende andere vormen van voortstuwing in de ruimte die zijn geanalyseerd. Vooral ionenschroeven zijn al met succes gebruikt door verschillende ruimtevaartuigen, waaronder Deep Space 1, die in 2001 de komeet Borrelly en asteroïde Braille bezochten. Ionenboegschroeven werken als een deeltjesversneller en gooien ionen uit de achterkant van de motor met behulp van een elektromagnetische veld. Voor langere reizen, zoals van de aarde naar Mars, bieden ionenschroeven betere prestaties dan conventionele vormen van ruimteaandrijving, maar slechts met een kleine marge.

Meer geavanceerde vormen van voortstuwing in de ruimte zijn onder meer nucleaire impulsaandrijving en andere door nucleaire energie aangedreven benaderingen. De vermogensdichtheid van een kerncentrale of nucleaire bom is vele malen groter dan die van een chemische bron, en nucleaire raketten zouden navenant effectiever zijn. Nucleaire pulsaandrijving die één referentieontwerp uit de jaren 1960, Orion genoemd - niet te verwarren met het Orion Crew Exploration Vehicle uit de 2000s - dat het een bemanning van 200 personen naar Mars en terug in slechts vier weken kon leveren, vergeleken met 12 maanden voor de huidige chemisch aangedreven referentiemissie van NASA, of de manen van Saturnus in zeven maanden.

Een ander ontwerp met de naam Project Daedalus zou slechts ongeveer 50 jaar nodig hebben gehad om Bernard's Star te bereiken, 6 lichtjaar verwijderd, maar zou enige technologische vooruitgang vereisen op het gebied van inertiële opsluiting fusie (ICF). Het meeste onderzoek naar nucleaire impulsaandrijving werd geannuleerd vanwege het Partial Test Ban-verdrag in 1965, hoewel het idee de laatste tijd opnieuw aandacht kreeg.

Een andere vorm van voortstuwing in de ruimte, zonnezeilen, werd in de jaren tachtig en negentig gedetailleerd onderzocht. Zonnezeilen zouden een reflecterend zeil gebruiken om de nuttige lading met behulp van de stralingsdruk van de zon te versnellen. Omdat ze geen reactiemassa hebben, kunnen zonnezeilen ideaal zijn voor snel reizen weg van de zon. Hoewel het mogelijk weken of maanden kan duren om met zonnebaden te accelereren tot een aanzienlijke snelheid, kan dit proces een sprong voorwaarts worden gemaakt door de aarde of ruimtegebaseerde lasers te gebruiken om straling op het zeil te richten. Helaas is de technologie voor het in- en uitklappen van een extreem dun zeil op zonne-energie nog niet beschikbaar, dus mogelijk moet er in de ruimte worden gebouwd, wat de zaken aanzienlijk compliceert.

Een andere, meer futuristische vorm van ruimte-voortstuwing zou zijn om antimaterie te gebruiken als brandstof voor voortstuwing, zoals sommige ruimteschepen in science fiction. Tegenwoordig is antimaterie de duurste stof op aarde en kost ongeveer $ 300 miljard US dollar per milligram. Tot nu toe zijn slechts enkele nanogrammen antimaterie geproduceerd, ongeveer genoeg om een ​​gloeilamp gedurende enkele minuten te verlichten.

Het belangrijkste onderscheid tussen veel van de genoemde technologieën en chemische raketten is dat deze technologieën ruimteschepen mogelijk kunnen versnellen tot bijna-lichtsnelheden, terwijl chemische raketten dat niet kunnen. De lange termijn toekomst van ruimtevaart ligt dus in een van deze technologieën.