到星际空间畅游，是人类自古就有的梦想。从罗马史诗到20世纪的流行音乐，这一梦想翻来复去地被提及，被吟唱。然而梦想毕竟是梦想，所以当小说、诗词或是其它什么作品中出现了巡天摘星的描写时，我们都会不假思索地将其作为“猴子捞月”般的空想的代名词。
的确，星际旅行即使能实现，也是很遥远的事。但千里之行，始于足下，为了化空想为现实，已有少数科学家和工程技术人员开始进行方案研究和实验，以期开发出能把探测器加速到足够高的速度、从而飞离太阳系的技术。例如，有一种基于核聚变的推进系统不仅有可能把人送到外行星上，还可能把无人探测器送到数千个天文单位（1个天文单位合1.5亿公里，等于日地平均距离）以外的星际太空。这一系统几十年内就可以造出来。最终还会出现另一种能量更强大的发动机。这种发动机将利用物质与反物质互相湮灭时释放的巨大能量作动力，可以把探测器送往邻近恒星。距我们最近的恒星是半人马座比邻星，距离约为27万个天文单位。
这些奇特的推进方法之所以有可能用于星际旅行，是因为其单位质量燃料所能释放的能量极高。比如，基于聚变的推进系统理论上每公斤燃料可产生高达约100万亿焦耳的能量，这一能量密度比目前的航天器所用的化学火箭高1000多万倍。物质-反物质反应技术虽然应用起来难度更大，但却能产生出更为惊人的能量：1公斤这种燃料可释放能量2亿亿焦耳，足够全世界用上约26个月。
所谓核聚变，就是在足够高的温度和压力环境下把很轻的原子放到一起，并坚持足够长的时间，使它们融合成质量更大的原子。根据爱因斯坦著名的公式E=mc2，反应物和反应产物在质量上的差异就对应着所释放的能量。
利用核聚变虽然比利用反物质要简单得多，但也绝非轻而易举。不论是用于火箭推进还是用来在地面上发电，受控核聚变均可分为两大类，分类的依据是所使用的对温度极高的带电气体（称为“等离子体”，聚变反应就是在它中间进行的）进行约束的技术。磁约束核聚变利用强磁场来包容等离子体，而惯性约束核聚变则利用激光或离子束来对小子弹大小的聚变燃料进行加热和压缩。
1997年11月，开发磁约束技术的研究人员完成了一次聚变反应，产生了相当于为启动反应而输入的能量的65%的能量。这次具有重要意义的反应是在英国一座称为“欧洲联合环形室”的受控热核反应设施内进行的。在这座炸面圈形的实验设施中，等离子体是用磁场来约束的。将来的商用聚变反应堆所产生的能量必须大大高于启动或维持反应所需的能量输入，而不能做“亏本买卖”。
然而，即便商用聚变电站在地面上问世，研制聚变火箭也还需要克服几个难点，其中关键的一点是如何使反应中产生的高能带电粒子指向一定的方向，以产生可用的推力。较难解决的问题还有如何获得和储存足够的聚变燃料和怎样使所产生的功率最大（相对于探测器的重量来说）。
从50年代末起，科学家已提出了数十种聚变火箭方案。尽管聚变能产生数量巨大、能量也非常高的粒子，但只有使这些粒子具有方向性以产生推力，才能使航天器得到加速。在采用磁约束方法的聚变系统内，可以采取在使部分等离子体逸出以产生推力的同时向堆内加注燃料以维持反应继续进行的办法。由于等离子体温度和压力太高，碰到用任何材料制成的容器都会使其“毁于一旦”，所以需要用强磁场来引导这些带电粒子排出火箭。研究人员形象地把产生这种磁场的装置称为“磁喷管”。对于采用惯性约束的聚变发动机，则可以用大功率激光或离子束来频繁地使微小的聚变燃料盒点火（比如每秒点30次）；至于等离子体的定向排放，则也可以使用磁喷管。
聚变生成什么样的粒子要取决于所用的燃料。最容易启动的是氘和氚（氢的重同位素，原子核中除各有1个质子外，分别有1个和2个中子）之间的反应，其产物是中子和氦核（亦称阿尔法粒子）。就直接产生推力而言，带正电的阿尔法粒子是需要的，而中子则显得多余，原因是中子不带电，无法被磁场操纵做定向运动。中子所具有的动能也可以用于推进，但不是那么直接，而需要把它们阻挡到一种材料内，从而利用捕获过程中产生的热。中子辐射还会给人体带来伤害，所以在执行载人探测任务时，必须大量地设置防护层。
鉴于这些因素，选择聚变材料实际上是很难的，必须慎重权衡。尽管氘和氚之间的聚变反应最好启动，但对于多种推进方案来说，还是使用氘和氦3（有2个质子和1个中子）作搭挡更为理想。这两个原子核产生聚变后，生成的是1个阿尔法粒子和1个质子，而这两个产物均可以由磁场进行操纵。问题是氦3在地球上极为稀少，而且氘和氦3的反应比氘-氚组合难点火。但不管选用什么聚变燃料，要把人送到太阳系的边远地带直至送入星际空间，探测器的重量都将达到数千吨，其中大部分为燃料（相比而言，现在觉得挺庞大的国际空间站仅重500吨左右）。
聚变推进技术领域的“三座大山”——利用受控反应获取高功率水平、建造有效的包容装置和磁喷管以及发掘足够多的燃料，哪座都够科学“愚公”们搬一阵子，但哪座也都至少有一缕被搬掉的希望。
首先，我们有充分的理由相信，聚变反应堆将来绝对会成为一个“大赢家”，而不是一个只能将就着实现赢亏平衡（即产生的能量和供给它的能量持平）的“平庸之辈”。美国的惯性约束研究工作作为核武器储存管理计划的一部分，得到了充足的经费；研究人员正在通过该计划研究不用进行试射就可确保热核武器的安全性和可靠性的方法。为实施这项计划，美正在劳伦斯·利弗莫尔国家实验室建造“国家点火设施”。这座设施可望在2001年启用，2003年将达到180万焦的全激光能量水平（10亿分之4秒释放完）。有这样高的功率，研究人员预计它可以释放出比启动聚变反应所需的能量水平高10倍的能量。
还有迹象表明，上文中提到的、一直在磁约束研究方面占据“主力”位置的那种受控热核反应装置，有朝一日会“告老还乡”，被更适于火箭推进的、更小型化的技术所取代。1996年，美国能源部下属的聚变能量科学顾问委员会批准对一些有发展前途的磁约束技术方案进行研究，其中包括反向场收缩、场逆转配置和球形受控热核反应装置等。
与此同时，已有人开始了磁喷管的初步研究工作。目前这方面最大的一项计划是由美国航空航天局、俄亥俄州立大学和洛斯·阿拉莫斯国家实验室联合实施的。来自三方的研究人员正在使用极高的电流来产生等离子体（代表聚变等离子体），并研究其与磁场的相互作用。
聚变燃料问题也将取之有道。氦3虽然地球上很少，但月球的土壤和木星的大气中却较为丰富。此外，地球上已发现的其它元素（如硼）也可参与聚变反应，而且也可产生阿尔法粒子，只是难以点火。
不论聚变推进前景如何，人类还有另一“招”可用，这就是利用物质-反物质湮灭这一物理现象。前面已说过，物质与反物质相遇湮灭所产生的能量要比聚变反应还高得多。基于这一原理的空间推进系统将利用的是质子和反质子之间的湮灭。这一湮灭过程会带来一连串的反应，首先是π介子的产生。π介子是一种寿命很短的粒子，其中一些可由磁场操纵来产生推力。物质-反物质湮灭所产生的π介子运动速度接近于光速。
这里又遇到了原料紧俏这一难题：全世界的高能粒子加速器目前一年出产的反质子数量总共才只有几十纳克（1纳克即10-9克），这够什么用呢？要知道，送人去与最近的恒星——半人马座比邻星交会，所用的物质-反物质推进系统也需要使用数吨反质子！由于反质子与普通质子一接触就会湮灭掉，所以捕获、储存和操纵反质子也都非常困难。
那么，能不能依赖数量有限的反质子来利用反物质的高能量含量特点呢？这种可能性是有的，只是不能最充分地发挥反物质的潜能。这种办法的主要思路是利用反质子来引发惯性约束聚变反应，所需的反质子数量十年内就很有可能达到。在这样一种系统中，反质子将穿透重原子核，与其中的质子“对命”，引起重原子核裂变。高能裂变碎片将加热聚变燃料，引发聚变反应。美国航空航天局已开始出资对这种推进系统的可行性进行初步研究，其中宾夕法尼亚州立大学正在设计一种用来捕获和运输反质子的装置。
在当前技术水平尚处于初级阶段的条件下，制造聚变型推进系统似乎是一件不太可能的事，更不用说及物质推进了。但回首科学史，人类已无数次地把不可能化为了现实，阿波罗登月、曼哈顿工程等等皆是“人定胜天”的绝好例证。只是，现代科学项目工程浩大繁复，更需要同心协力，更需要有足够的资金作保障。而对于关系人类前途和命运的聚变和反物质推进，人类不妨把“赌注”下得高些，再高些……
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