化学火箭是我们目前大量使用的进入太空的载具，通过化学反应来产生推力。然而化学火箭受到本身原理的限制，飞行中需要携带大量的燃料。对于一般的化学火箭引擎来说，所需要携带的燃料已经远远超过载重的质量了。
现在有些新型的推进方式，例如燃料利用率飞船高的离子引擎，推力却很小，要达到比较大的速度需要持续推进很长的时间。而科学家们的脑洞，虽然威力更大，却只在理论上存在，有些脑洞还有很大的争议。
带着核弹上飞船
要说起历史上的太空项目，猎户座计划是其中非常著名的一个。
爆炸用来提供推力，基本的原理与化学火箭并无不同，只不过由原来的连续的推力变成了断断续续的推力。
特德・泰勒和弗里曼・戴森主持的猎户座计划，就是试图利核爆来把飞船推向太空。由于单位质量的核弹释放的能量很大，所以这种方式要比传统的化学火箭效率要高得多。
在设计和实验的过程中，飞船需要将炸弹一颗一颗排出并引爆，这个过程与可口可乐公司的自动贩售机取可乐的过程类似，实际上这个机制的设计也咨询了可口可乐公司。
被加热的燃料
利用核反应堆将气体加热到几千甚至几万度的高温，使气体从发动机高速喷出，这样也可以大大提高火箭燃料的利用率。
火箭飞行器用核引擎（NERVA，美国原子能委员会和 NASA 的项目）就是一个利用核裂变来产生高温，加热氢气，从而产生动力。
电磁推进
传统化学火箭的推力来自于化学反应，例如氢气和氧气的化学反应释放能量。如果我们用电呢？
把燃料电离，其中的带电的粒子在电场作用下会被加速，如果电场足够强，带电粒子可以很快被加速到一个很高的速度，这个速度可以远远高于化学反应所产生的燃料喷射速度，这样一来燃料的利用率大大提高，也就意味着不用携带很的燃料了。这就是离子电推的原理。
然而目前的电推有一个非常大的缺点：推力太小。目前的发动机包括测试在内，只有几十豪牛顿到几十牛顿的推力。（作为复习，一牛顿大约是一个小苹果在地表所受到的重力。）
除了电推，目前很有前景的另一种电磁推进，除了用到了电场，还需要磁场和电磁波。这类技术中比较著名的是 VASIMR （可变比冲磁等离子体火箭）。VASIMR 利用电磁波将燃料加热使其电离，然后利用磁场来加速，使燃料高速离开发动机。
科学家有脑洞
前面说的这些是不是太过平凡了？如果我们要飞向其它恒星，不管是核动力火箭还是离子引擎都不够用。科学家有脑洞，火箭大踏步。不过需要注意的是，下面要说的这些，都是些止步于理论的点子。
在开始真正的脑洞之前，先从最近比较热门的 EM drive 说起。EM Drive 是从英国的 Roger Shawyer 的一个工作开始的。Shawyer 尝试证明在一个封闭的空腔中的电磁场可以产生推力。
物理中有个非常基本的定律，是动量守恒，我们不能无缘无故地凭空创造动量出来。而 EM drive 就是这样一种不需要任何工质也不需要任何反冲来产生动量的装置，就像是在空无一物的太空中游泳一样。从基本原理上来说，这是不可能的。
而后面的一些所谓的理论声称这种引擎是在利用真空涨落来产生推力，推动真空本身来前进。一篇来自 T. Lafleur 的论文在当前量子场论的框架中证明通过利用量子真空来推进是不可能的，即便在当前的量子场论的框架中，真空涨落不能提供一部分额外的动量。
除了 EM drive，上个世纪末，E. Podkletnov 等人曾经发表过一篇论文声称可以通过旋转的超导体来屏蔽万有引力。他们的声称实验中，旋转的超导体上方的小物体的重力可以减少 2%.如果这是属实的话，那么我们可以屏蔽在飞船底部安装一个屏蔽万有引力的装置，从而更加轻松的飞向太空。然而万有引力之所以被称之为万有引力，是因为任何能量都对应了引力，包括质量对应的能量。在后来其它研究组的一个重复实验中，即使使用了比原来灵敏 50 倍的仪器，也没有观测到论文中提到的引力屏蔽效应。
这么说来，上面这些都不靠谱，而目前真正有效的脑洞还是从广义相对论下手更好些：虫洞、曲率引擎和 Krasnikov 管道。
《星际穿越》中炫酷的虫洞就是著名物理学家基普·索恩和他的学生设计的。理论上可行的虫洞设计也是基普·索恩最先提出的，虫洞直接连接了不同的时空，就像是在饭桌上面打上一个洞，可以直接从桌面上到达桌面下部而不需要绕道桌面边缘再下去。然而维持这样的虫洞需要大量的能量，甚至需要整个木星质量所对应的那么多能量来维持一个直径一米的虫洞。
曲率引擎第一个可行理论是物理学家 Miguel Alcubierre 提出的，通过解广义相对论的场方程，他发现可以通过压缩飞船前方的时空并且拉伸飞船背后的时空来前进，所谓我不过去，偏要山过来，整个飞船就像是被包裹在一个时空泡泡中。
与 Alcubierre 的曲率引擎不同的是，Krasnikov 管道是一种一经修建就可以重复使用的星际高速公路。通过制造扭曲的时空，进入管道的飞船几乎可以瞬间移动。但是管道的建造是需要通过飞船来“铺设”（扭曲时空），不过 Krasnikov Tube 的优点是，只需要一次建造，之后多次重复使用，可以运送大量货物而不需要消耗很多能量。
以上这些方法中的超越光速，并没有违反相对论中的因果律，这些在原始论文中都有证明。例如曲率引擎是对时空本身的操控，在飞船附近看来，飞船并没有超越光速。
关于虫洞、曲率引擎和 Krasnikov 管道我们并没有完全理解，加上这种规模上的操控时空所需要的能量极大，甚至在将来可能证明有些是不可行的，但是目前看来这些是理论上潜在可行的星际旅行的方式。
参考文献
关于 EM Drive：
- EM drive 的官方网站是 http://emdrive.com/
- T. Lafleur, “Can the quantum vacuum be used as a reaction medium to generate thrust?” arXiv:1411.5359.
- D. Brady, H. White, P. March, J. Lawrence, F. Davies, “Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum,” 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference.
关于引力屏蔽：
- E. Podkletnov, R. Nieminen, “A Possibility of Gravitational Force Shielding by Bulk YBa2Cu3O7-x Superconductor,” Physica C, Vol. 203, 1992, pp. 441 444.
- G. Hathaway, B. Cleveland, Y. Bao, “GravityModificationExperimentUsing a Rotating Superconducting Disk and Radio Frequency Fields,” Physica C, Vol. 385, 2003, pp. 488 500.
关于虫洞、曲率引擎和 Krasnikov 管道：
- M. Morris, K. Thorne, “Wormholes in Spacetime and Their Use for Interstellar Travel: A Tool for Teaching General Relativity,” American Journal of Physics, Vol. 56, 1988, pp. 395 412;
- M. Morris, K. Thorne, U. Yurtsever, “Wormholes, Time Machines, and the Weak Energy Condition,” Physical Review Letters, Vol. 61, 1988, pp. 1446 1449.
- M. Alcubierre, “The Warp Drive: Hyper Fast Travel Within General Relativity,” Classical and Quantum Gravity, Vol. 11, May 1994, pp. L73 L77.
- S. Krasnikov, “Hyperfast Interstellar Travel in General Relativity,” Physical Review D, Vol. 56, 1997, pp. 2100 2108.