尽管《星际迷航》中的曲速旅行让我们相信星际旅行很容易，但实际上，星际旅行是一次漫长的徒步。以去火星为例。NASA和其他航天机构送往红色星球的探测器在抵达目的地之前，要在太空中度过大约七个月的时间。载人旅行可能需要更长的时间——可能需要几年。
人类船员需要生存的东西有很多，而机器人则不需要，比如食物、水、氧气，以及足够返回的补给——这些的重量会减慢航天器的速度。以目前的技术，NASA的计算估计，一次载人火星往返任务，加上在地表的时间，可能需要两到三年。“三年是可行的，我们很确定，”NASA人类探索与运营任务理事会火星架构团队负责人Michelle Rucker说道。
但NASA的目标是缩短这个时间，部分原因是这将使载人火星任务更安全——我们仍然不知道人体在太空环境中能够承受多长时间。 （最长连续太空停留记录是437天。）该机构正在投资开发新的推进技术，以实现更快捷的太空旅行。
一条曲折的火星之路
在科幻世界里，一艘航天器会从地球起飞，直接飞往火星。这样的轨迹肯定会使旅途更快捷。但真正的太空旅行比从A点到B点要复杂得多。
“如果你有足够的推力，你就可以忽略我们宇宙中存在引力这个事实，直接穿过太阳系，”康奈尔大学航空学教授Mason Peck说，他曾于2011年至2013年担任NASA首席技术官。“但现在这种情况是不可能实现的。”
如此直接的轨迹有几个挑战。当航天器从地球起飞时，它需要摆脱地球的引力，这需要相当大的推力。然后在太空中，地球、火星和太阳的引力会将航天器向不同方向拉扯。当它足够远时，它将进入围绕太阳的轨道。抵抗这种引力需要消耗大量燃料的机动。
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第二个挑战是行星并非固定不动。它们绕着太阳运转，各自的速度不同：航天器发射时火星与地球的距离，可能与七个月后红色星球与地球的距离不同。
因此，最节省燃料的火星路线是沿着一条椭圆轨道绕太阳运行，Peck说。仅单程，这条路线就覆盖数亿英里，最快也要半年多。
但是设计载人红色星球任务不仅仅是计算航天器往返的速度。这关乎“平衡”，NASA火星架构团队的在轨推进负责人Patrick Chai说。“我们在优化某些方面时需要做出很多决定。我们在哪里用性能来换取时间？”Chai说。“如果你只看一个单一指标，你可能会做出对那个特定指标非常好的决定，但在其他方面却可能带来问题。”
速度的一个主要权衡与携带多少东西有关。以目前的技术，每一次缩短火星行程的机动都需要更多的燃料。
如果你开车，你知道要加速车辆，你需要踩油门。航天器也是如此，只是刹车和转弯也需要消耗燃料。例如，要减速，航天器会向与前进方向相反的方向喷射推进器。
但太空中没有加油站。更多的燃料意味着携带更多质量。更多的质量需要更多的燃料来推动额外的质量在空气中…等等。Rucker说，将往返任务缩短到两年，这个权衡就开始变得效率呈指数级下降。至少，这是以目前的技术而言。
新技术加速旅程
NASA希望能够显著缩短这个时间。2018年，该航天机构征集能够实现小型无人任务在45天内或更短时间内从地球飞往火星的技术系统。
当时，这些提案并没有引起多大反响。但这个挑战启发了工程师们设计尚未出现的新型推进系统。现在，NASA已经开始资助领先竞争者的研发。特别是，该航天机构对核推进技术寄予厚望。
航天器目前主要依赖化学推进。“你基本上是将氧化剂和燃料结合起来，它们会燃烧，产生热量。你通过喷管加速这些加热的产物来产生推力，”NASA的Chai解释道。
几十年来，工程师们都知道基于核能的系统可以用显著少量的燃料产生比化学火箭更大的推力。他们只是还没有制造出来——不过这可能很快就要改变了。
NASA的一个核能投资项目旨在将核热发动机集成到一架实验性航天器中。名为“敏捷近地轨道演示火箭”（DRACO）的项目，是与国防部高级研究计划局（DARPA）合作的项目，目标是早在2027年就展示由此产生的技术。
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然而，最快的火星之旅可能来自于另一个项目。这个概念由佛罗里达大学的研究人员构思，并获得NASA资助，旨在实现Chai所说的核推进的“圣杯”：一个将核热推进与电推进相结合的混合系统。
“我们做了一些初步分析，似乎我们能够接近[45天]，”该项目的负责人、佛罗里达大学内部应用研究项目“佛罗里达工程应用研究”（FLARE）的实践教授Ryan Gosse说。一个警告是：这个时间表是针对轻载荷且无人机的。然而，如果项目成功，这项技术未来可能会扩展到支持载人任务。
核推进有两种类型，它们都有各自的优点。核热推进利用热量，可以从少量燃料中快速产生大量推力。核电推进利用带电粒子，效率更高，但产生推力的速度要慢得多。
“当你在深空中时，电推进非常好，因为你有足够的时间进行推力。效率，每加仑的里程，远远优于高推力，”Chai说。“但在行星附近，你需要那种‘劲’来让你摆脱引力井。”
然而，挑战在于，目前这两种技术都需要不同类型的核反应堆，Gosse说。这意味着需要两个独立的系统，这降低了核推进系统的效率。所以Gosse和他的团队正在努力开发一种能够使用一个系统产生这两种推进的技术。
NASA的火星架构团队也正在研究一种双模式概念，该概念使用化学推进系统来操控行星周围的机动，并使用太阳能电力推进来进行深空推力。
“我们正在开发的是工具箱中的不同工具，”NASA的Rucker说。“一个工具不足以完成我们想要的所有探索。所以我们正在研究所有这些。”
