miniatura|Impressió artística d'una hipotètica «Nau propulsada per inducció de forat de cuc», basada indirectament en un treball de 1994 de Miguel Alcubierre. Crèdit: NASA CD-98-76634 pels Bossinas.
El vol espacial interestel·lar o viatge interestel·lar és un viatge tripulat o no-tripulat entre estels. Aquest és un concepte bàsic dins de la ciència-ficció, però en la pràctica, el viatge interestel·lar és molt més difícil que el viatge interplanetari a causa que les distàncies implicades són enormement majors (de l'ordre de l'any llum). Per la mateixa raó, el viatge intergalàctic és encara més complicat.
La versemblança del viatge interestel·lar ha estat debatut àrduament per diversos científics, autors de ciència-ficció i entusiastes. En aquest sentit, s'han publicat molts treballs sobre conceptes relacionats. Donats un temps de viatge suficient i un treball d'enginyeria, semblen possibles tant viatges no-tripulats com a viatges generacionals, encara que representen un considerable repte tant tecnològic com a econòmic difícil d'aconseguir durant algun temps, en concret per a les sondes tripulades. La NASA ha estat investigant en aquests temes durant diversos anys, i ha acumulat una sèrie d'aproximacions teòriques.
Dificultats del viatge interestel·lar La principal dificultat del viatge interestel·lar és l'enorme distància que ha de cobrir-se, i en conseqüència, el temps que portaria amb els mètodes de propulsió més realistes —de dècades a mil·lennis. Així, una nau interestel·lar estaria molt més exposada als perills que es troben en els viatges interplanetaris, com l'intens buit, radiació i micrometeoroides. El llarg temps de viatge fa difícil dissenyar missions tripulades, i la justificació econòmica de qualsevol missió interestel·lar és gairebé impossible, ja que els beneficis que no són accessibles en un termini de dècades —o major— tenen un valor actual proper a zero.
S'ha sostingut, que si una missió interestel·lar no pot ser completada en menys de 50 anys, probablement no hauria d'iniciar-se. En comptes d'això, els diners haurien de ser invertits a dissenyar un millor sistema de propulsió. Això es deu al fet, que una nau espacial lenta, probablement és depassada per una altra missió posterior dotada d'un sistema de propulsió més avançat.Yoji Kondo: Interstellar Travel and Multi-generation Spaceships, p. 31
Els viatges intergalàctics implicarien distàncies d'un milió de vegades majors que els viatges interestel·lars, augmentant les dificultats en un factor similar.
Distàncies interestel·lars Freqüentment, les distàncies astronòmiques es mesuren pel temps que empra la llum a viatjar entre dos punts (vegeu any llum). La llum, en el buit, viatja a 299.792.458 metres per segon. La distància entre la Terra i la Lluna és d'1,3 segons llum, que amb la tecnologia de propulsió espacial actual, suposa un viatge d'uns tres dies de durada. La distància entre la Terra i els altres planetes del sistema solar varia entre tres minuts llum i unes quatre hores llum. Depenent del planeta i de la seva alineació amb la Terra, les naus espacials no-tripulades empren entre uns pocs mesos i una mica més d'una dècada a realitzar el viatge. miniatura|esquerra|Sonda espacial Voyager 1. L'estel més proper al Sol és Proxima Centauri, una nana vermella que forma part del sistema Alfa Centauri a 4,23 anys llum de distància (vegeu Llista d'estels més propers). La nau espacial més ràpida enviada fins ara cap a l'exterior, Voyager 1, ha recorregut 1/600 d'any llum en 30 anys i viatja a 1/18000 de la velocitat de la llum (vegeu Llista d'objectes creats per l'home que més s'han allunyat de la Terra). A aquesta velocitat, el viatge a Pròxima del Centaure duraria uns 72.000 anys. Indubtablement, aquesta missió no estava programada específicament per viatjar ràpidament cap als estels, i la tecnologia actual és molt superior. El temps de viatge pot reduir-se a uns pocs mil·lennis, o fins i tot a un segle o menys utilitzant la propulsió nuclear d'impuls —Projecte Orió.
miniatura|Concepció artística del Projecte Orió de la NASA. No obstant això, no existeix tecnologia actual capaç de propulsar una nau amb una velocitat que li permeti arribar un altre estel en menys de 50 anys. Les teories actuals en física assenyalen que és impossible viatjar més ràpid que la llum —velocitat superlumínica—, i suggereixen que de ser això possible, podria també ser possible construir una màquina del temps amb mètodes similars.
D'altra banda, la teoria de la relativitat especial ofereix la possibilitat d'escurçar el temps de viatge aparent: si la nau es mou a una velocitat propera a la velocitat de la llum, la dilatació del temps relativista faria que el viatge semblés molt més curt per al viatger. No obstant això, per a la gent que romangués a la Terra transcorrerien molts anys fins que els viatgers tornessin de nou: els viatgers trobarien que hauria transcorregut molt més temps a la Terra que el que haurien emprat en el viatge —aquest efecte s'il·lustra en la paradoxa dels bessons.
La relativitat general ofereix la possibilitat teòrica dels viatges superlumínics sense violar les lleis fonamentals de la física per mitjà de forats de cuc, tot i que encara es debat si aquests existeixen al món real. Els mecanismes proposats per a viatges més ràpids que la llum, dins de la teoria de la relativitat general, requereixen l'existència de matèria estranya.
Hi ha 59 sistemes estel·lars coneguts dintre de vint anys llums des del sol, contenint 81 estrelles visibles. La següent taula seria considerada una llista dels principals objectius en missions interestel·lars:
Sistema estel·lar Distància (al) Comentaris Alfa Centauri 4,3 Sistema més proper. Tres estrelles (G2, K1, M5). L'estrella Alfa Centauri A és similar al nostre Sol (una estrella G2). Alfa Centauri B té un planeta confirmat. Estel de Barnard 6,0 Nana roja del tipus M5, petita i de baixa lluminositat. El següent més proper al sistema solar. Sírius 8,7 Estrella A1 gran, molt brillant i companya d'una nana blanca. Epsilon Eridani 10,8 Una sola estrella K2 lleugerament més petita i freda que el Sol. Té dos cinturons d'asteroides, podria tenir un planeta gegant però més petit,Star: eps Eridani. Extrasolar Planets Encyclopaedia (Die Enzyklopädie der extrasolaren Planeten), retrieved 2011-01-15 i pot contenir un sistema planetari del tipus semblant al sistema solar. Tau Ceti 11,8 Una sola estrella G8 semblant al Sol. Alta probabilitat de tenir un sistema planetari de tipus sistema solar: les evidències actuals mostren 5 planetes amb dos potencialment a la zona habitable. Gliese 581 20,3 Sistema planetari múltiple. L'exoplaneta no confirmat Gliese 581 g i el confirmat Gliese 581 d són a la zona d'habitabilitat de l'estrella. Vega 25,0 Almenys un planeta, i d'una edat adequada per haver desenvolupat la vida primitiva http://news.sciencemag.org/sciencenow/2012/12/scienceshot-older-vega-mature-en.html?ref=hp
La tecnologia astronòmica actual i a curt termini és capaç de trobar sistemes planetaris al voltant d'aquests objectes, augmentant el seu potencial per a l'exploració.
Missions tripulades La massa de qualsevol nau capaç de transportar éssers humans seria inevitablement diverses ordres de magnitud major que la necessària per una sonda interestel·lar no-tripulada. Com a exemple, la primera sonda espacial, Luna 1, tenia una massa en òrbita sense combustible de 361 kg, mentre que la primera nau que transportava un ésser viu, la gossa Laika en el Spútnik 2, tenia una càrrega 20 vegades major. En el cas de missions interestel·lars, la diferència entre tots dos tipus de nau és molt major, ja que a causa de la gran extensió de temps implicada és necessari un sistema de suport de vida.
Mètodes proposats per a viatges interestel·lars Si una nau espacial pogués viatjar a una velocitat mitjana del 10% de la velocitat de la llum, això seria suficient per arribar a Pròxima del Centaure en quaranta anys. Hi ha diversos sistemes de propulsió capaços d'aconseguir això, però cap d'ells és raonablement econòmic.
Propulsió nuclear de impuls Des de la dècada de 1960, és tècnicament possible construir naus espacials amb propulsió nuclear d'impuls, això són, naus conduïdes per una sèrie d'explosions nuclears. Aquest sistema de propulsió comporta la possibilitat d'un impuls específic molt alt —l'equivalent en els viatges espacials a l'economia de combustible— i una alta velocitat, per la qual cosa aconseguir l'estel més proper seria una qüestió de dècades i no de segles. Els costos operatius i de construcció per unitat de massa en òrbita -sense combustible- serien similars als de les naus que utilitzen coets químics.
Existeixen dos projectes de naus espacials que utilitzen propulsió nuclear de pols, el Projecte Orion i el Projecte Longshot. Mitjançant l'ús de bombes nuclears en miniatura com a combustible, l'Orion hauria d'aconseguir un 3% de la velocitat de la llum. És una les poques propostes d'una nau interestel·lar que pot ser construïda enterament amb tecnologia actual.
Coets de fusió Naus espacials de coets de fusió, utilitzant previsibles reactors de fusió, haurien de poder aconseguir un 10% de la velocitat de la llum. Com a combustible usarien deuteri. Una proposta per a una nau d'aquest tipus és el Projecte Daedalus.
El problema de tots els mètodes de propulsió tradicionals és que la nau espacial ha de transportar el seu combustible, fent-la bastant pesada. Els tres mètodes següents intenten resoldre aquest problema.
Ramjets interestel·lars miniatura|Il·lustració artística d'un col·lector Bussard. En 1960 Robert W. Bussard va proposar el Bussard ramjet, un coet de fusió on un gegantesc col·lector recolliria l'hidrogen difús de l'espai interestel·lar, el cremaria durant el vol mitjançant una reacció de fusió protó-protó, i expulsaria els residus cap enrere. Tot i que càlculs posteriors amb estimacions més precises suggereixen que l'impuls generat seria menor que la resistència ocasionada per qualsevol tipus de col·lector, la idea és atractiva perquè atès que el combustible es recull en ruta, teòricament la nau podria accelerar fins a prop de la velocitat de la llum.
Coets d'antimatèria Un coet d'antimatèria tindria una densitat d'energia i impuls específic molt major que qualsevol altre tipus proposat de coet. Si es troben recursos energètics i mètodes eficients de producció per crear antimatèria en la quantitat requerida, teòricament podrien aconseguir-se velocitats properes a la de la llum, on la dilatació del temps s'escurçaria de forma considerable el temps de travessia per als viatgers.
Propulsió amb rajos miniatura|Imatge artística de la Cosmos 1, projecte de vela solar. Vel·les solars impulsades per làsers massius situats en terra podrien, potencialment, aconseguir fins i tot velocitats majors, ja que no necessiten massa de reacció i, per tant, no necessiten accelerar aquesta massa ni la mateixa nau. En teoria una vela solar conduïda per un làser o un altre raig des de la Terra pot usar-se per desaccelerar un nau espacial aproximant-se des d'un estel distant o planeta, mitjançant el despreniment de part de la vela i utilitzant-la per enfocar el raig en la superfície frontal de la resta de la vela.
La propulsió mitjançant un raig làser sembla avui la millor tècnica per als viatges interestel·lars, ja que usa una física coneguda i una tecnologia també coneguda que ha estat desenvolupada per a altres finalitats.Bob Forward: Ad Astra, in Journal of the British Interplanetar
Mètodes més especulatius Entre els mètodes més especulatius cal distingir, d'una banda, aquells en els quals no se sobrepassa la velocitat de la llum i, d'altra banda, aquells en els quals la velocitat de la llum no constitueix un límit infranquejable (viatges superlumínics).
Viatges a la velocitat de la llum Viatges interestel·lars per transmissió