vignette|Maquette de l' dans la série Star Trek. vignette|Maquette du vaisseau Orion dans le film 2001, l'Odyssée de l'espace. En science-fiction, un vaisseau spatial est un engin qui se déplace dans l'espace ou le temps, généralement dans le vide spatial. Le terme « vaisseau spatial » désigne généralement des engins imaginaires, tandis que le terme « véhicule spatial » est préféré pour désigner des engins réels.
La littérature, le cinéma et la bande dessinée ont abordé à de nombreuses reprises ce thème, notamment dans la saga Star Wars (où vole le Faucon Millenium) et la saga Star Trek (où évoluent le USS Enterprise et ses déclinaisons).
Types d'histoires tournant autour de vaisseaux spatiaux Très souvent, le vaisseau est en premier lieu un véhicule : on l'emprunte pour se déplacer dans l'espace, mais lui-même est peu détaillé. La fonction de déplacement n'est pas nécessairement l'unique intérêt dans l'univers de science-fiction. Un vaisseau spatial peut souvent devenir un « huis clos » où se déroulera une tragédie humaine dans des conditions extrêmes, comme dans Alien et de nombreux épisodes de Star Trek, Firefly ou plus récemment la série Stargate Universe.
Un vaisseau peut aussi servir à une guerre ( ci-après : « Vaisseaux de guerre »), ou en être l'enjeu. Ainsi, dans Star Wars, les deux Étoiles de la mort doivent-elles être détruites pour sauver la Rébellion et les planètes indépendantes. Dans le film d'animation Titan A.E., c'est la recherche d'un vaisseau-monde qui motive les héros ; dans Rendez-vous avec Rama et Stargate Universe, c'est son exploration.
Aspect Contrairement aux vaisseaux réels qui doivent tenir compte de nombreuses contraintes, le vaisseau spatial peut s'affranchir des lois de l'aérodynamisme (et paradoxalement en conserver certains aspects pour l'ambiance et le spectacle, comme des bruits de moteur ou des piqués de chasseurs).
La forme d'un vaisseau est parfois choisie en fonction de son armement militaire ; par exemple, les grands canons lasers sont souvent situés sur le dos de l'appareil, dimensionnés en fonction de leur puissance de feu maximale et dissimulés par une trappe. Les armes à répétition très rapide sont parfois placées au-dessous du vaisseau, à l'instar des hélicoptères militaires.
Par souci de réalisme, l'armement, l'énergie disponible, le blindage (bouclier) des vaisseaux sont souvent proportionnels à leur taille. C'est ainsi qu'un chasseur sera plus léger qu'une station de combat, ce qui aura pour effet de faire ressortir plus encore l'héroïsme des pilotes à son bord. Le créateur d'un engin choisit la forme de sa création en fonction aussi de l'histoire qu'il veut raconter. Dans Riddick par exemple, le vaisseau est armé de tous les côtés et peut accueillir une bande de chasseurs de primes, le choix s'est donc porté sur un vaisseau de classe moyenne avec quelques défauts techniques y compris dans la forme de l'appareil.
La forme des vaisseaux spatiaux s'inspire de sources diverses : du monde militaire (avion de chasse, navire de guerre, sous-marin), du design automobile, planétaire ( : l'étoile noire), de monuments tels que les pyramides de Gizeh (Stargate) ou encore de formes naturelles (vaisseau de nature animale ou végétale dans Stargate Atlantis).
Lors du choix de la forme du vaisseau spatial, le créateur se trouve face à des problématiques contradictoires :
En général, le vaisseau est adapté aux personnages, aux missions, aux styles de vie à bord et évidemment aux divers milieux, voire terrains, mais en plus, il doit avoir des formes : esthétiques ; d'aspect guerrier, maternel, loufoque, sombre… selon les besoins ; crédible et conforme aux lois du monde auquel il correspond ; scientifiques / parascientifiques, technologiques, économiques, sociales et culturelles, biologiques ; et finalement conformes à ce que le public connaît déjà ou peut reconnaître facilement. Parfois il faut sacrifier aux habitudes des fans (ainsi les vaisseaux numérisés de ont été modifiés pour garder un aspect moins réaliste et plus maquette de plastique).
Au bout du compte, il est rare d'adopter des formes et des couleurs réalistes pour de tels engins. On peut en outre objecter que les contraintes réelles des voyages interstellaires, des combats spatiaux ou des technologies futures ne sont pas encore connues. La forme crédible d'un vaisseau spatial est donc sujette à toutes les spéculations, et s'inspirer des vaisseaux (en activité ou en projet) actuels ne peut se comprendre que si l'action se déroule dans notre monde et dans un futur pas trop éloigné.
Modes de propulsion Types Les moyens de propulsion sont extrêmement variés : propulsion dite « standard », c'est-à-dire avec une technologie qui permet un déplacement à une vitesse inférieure à celle de la lumière (souvent dite « subluminique » ou « conventionnelle ») ; propulsion dite « supraluminique » ou « hyperspatiale », soit à une vitesse dépassant celle de la lumière ; propulsion « instantanée » : le vaisseau « saute » d'un point à l'autre de l'espace instantanément ; « propulsion loufoque », comme celle imaginée par Douglas Adams : la propulsion aux mauvaises nouvelles. Douglas Adams parle aussi du Propulseur à Improbabilité infinie, qui provoque des événements totalement improbables, comme celui de se déplacer instantanément d'un point de l'espace à un autre (on note aussi la présence du bistromath, fonctionnant aux règles de calcul d'une note de bistro…). Propulsion ionique « à pseudo-éjecta » : des atomes sont ionisés dans un champ magnétique puissant appelé réacteur magnétique et sont éjectés dans un tunnel magnétique, appelé couloir à effet Newton. Puis, une fois sortis dans l'espace, un collecteur magnétique en forme de coupole se charge de récupérer 99,99 % des gaz pour les réinjecter dans le réacteur magnétique. La perte de matière est alors très faible et l'accélération bien que très lente est d'une extrême efficacité. Il faut une quantité énorme d'énergie électrique pour faire fonctionner tous ces champs magnétiques ensemble. Propulsion gravitationnelle : un faisceau de gravitons est émis depuis l'avant du vaisseau pour former une pseudo-masse fantôme qui par effet gravitationnel attire le vaisseau et la source d'émission de la gravité. Le mouvement commence alors sans jamais connaitre l'équilibre. Une fois la vitesse voulue atteinte, il suffit de couper le système et de laisser l'inertie faire le reste. Le freinage est possible en retournant le faisceau de gravitons à l'opposé du mouvement. Propulsion magique (« Spelljamming ») : procédé rendu possible grâce à des « Timons de Spelljamming », qui permet à des vaisseaux médiévaux de voyager dans l'espace. Soit à vitesse tactique (déplacement normal), soit à grande vitesse (déplacement rapide). La grande vitesse permet d'atteindre une pointe équivalent à moins que la vitesse de la lumière. À cette allure, il faut compter plusieurs semaines pour quitter un système solaire.
Puissance Le moteur chimique (ou moteur à explosion) classique de nos automobiles sert de référence. L’énergie provient de l’explosion du mélange d’hydrogène et d’oxygène dans la chambre de combustion. Il ne permet que les voyages en grande banlieue de la Terre.
Dix fois plus puissants que le moteur de référence : Moteur ionique : des atomes de gaz rare (comme le xénon) sont ionisés par un champ puissant. Ceux-ci, devenus ions, sont accélérés par un champ magnétique et rejetés dans l’espace à grande vitesse. Ce type de propulsion équipe déjà certains satellites. Générateur biologique : fonctionne sur une base de muscle et de réaction biochimique. Présent dans les vaisseaux d'invasion Tyranide dans Warhammer 40,000 par exemple. Il a une très bonne tenue dans le temps et propose selon les modèles une énergie régulière. Bien que moins puissant qu'un générateur énergétique classique, il propose un meilleur rendement énergétique, il est vivant et peut s'auto-réparer dans une certaine mesure. Certaines substances peuvent le gonfler pour un temps mais il a besoin de repos quand il est fatigué. Dans Warhammer 40,000, la gestion du générateur biologique est une des nombreuses taches de l'Esprit de la Ruche.
Trente mille fois plus puissants que le moteur de référence : Moteur à fission nucléaire : un atome de matériau fissible (comme le plutonium) est cassé en atomes plus petits, ce qui provoque un fort dégagement d’énergie. Les moteurs à fission nucléaire sont parfois appelés (improprement) moteurs atomiques comme dans certains albums de Tintin (Objectif Lune et On a marché sur la Lune). Moteur à boucle plasmique : un champ magnétique permet de guider un flux de plasma dans un tunnel magnétique qui le canalise dans une direction. Ce flux de plasma fonctionne avec le principe de Newton. Une fois le flux de plasma sorti du tunnel, un « couple » magnétique récupère le flux de plasma et le redirige vers la chambre de fusion. La chambre de fusion est maintenue sous une pression énorme par une sphère magnétique, qui accueille, à mesure de l'utilisation des propulseurs, le plasma « froid » ayant servi à propulser le vaisseau. L'intérêt particulier de ce système est d'économiser un maximum de « carburant ». Dans Starship Battlesystem, un jeu de figurines, ce type de propulsion est courant et permet de propulser des vaisseaux jusqu'à .
Deux cent mille fois plus puissants que le moteur de référence : Moteur à fusion nucléaire : deux atomes légers (principalement l'hydrogène) fusionnent grâce à une amorce énergétique pour former des composés plus lourds avec un dégagement d’énergie encore plus puissant. On pense que ce serait le système le plus économique. Son carburant, l’hydrogène, est abondant dans l’espace et donc quasiment gratuit. Pour en récolter une quantité suffisante, le vaisseau pourrait avoir une forme d’entonnoir et un diamètre supérieur à .
Trente millions de fois plus puissants que le moteur de référence : Moteur à « antimatière » : le contact entre un atome et un anti-atome d’hydrogène (anti-proton) provoque un dégagement maximal d’énergie. Il permet de dépasser largement le système solaire. Ce serait le moyen le plus rapide pour aller d’un point de l’espace à un autre. Cependant, pour produire suffisamment (du moins sur Terre) d’antimatière comme « carburant » il faudrait faire fonctionner nos accélérateurs de particules durant des siècles, avec la technique actuelle. Le stockage de l'A.M. pourrait utiliser un puissant champ magnétique.
Remarque : Toutes les sources citées plus haut sont à la base des sources d'énergie. La conversion de l'énergie en poussée n'est que rarement mentionnée dans les ouvrages de science-fiction ; le seul dispositif réellement connu et documenté est le moteur ionique.
Autres Voile solaire : ce mode utilise les photons issus des étoiles (ou « vents stellaires ») comme les bateaux se servent du vent. Pour être efficace, la voile devrait mesurer plusieurs centaines de kilomètres de diamètre. Comme cette voile serait très fine (quelques micromètres d'épaisseur), elle serait aussi fragile et difficile à fabriquer et à déployer, mais son transport en serait facilité. Les voiliers solaires, recouvrant l'imaginaire des premières explorations humaines sur la surface de la Terre en grands voiliers, sont souvent mentionnés comme premier moyen de transport interstellaire rapide. Par exemple, dans Star Trek: Deep Space Nine, de tels vaisseaux sont l'objet de plusieurs épisodes. Un autre exemple de voile solaire figure dans la saga des Seigneurs de l'Instrumentalité de Cordwainer Smith, où les pionniers de la conquête galactique utilisent de petits vaisseaux munis de voiles mesurant plusieurs milliers de kilomètres et manœuvrées par de petits robots.