right|thumb|250px|Művészi ábrázolás egy féregjáratban haladó űrhajóról
A csillagközi repülés olyan űrrepülés, amely két csillag vagy bolygórendszer között történik. Nagyságrendekkel összetettebb, mint a bolygóközi repülés, ám az intergalaktikus repülés még az utazásnak ennél a módjánál is nehezebb. Az emberiségnek még egyetlen ilyen utazást sem sikerült megvalósítania. Az űrhajóval történő csillagközi utazás kedvelt témája a tudományos-fantasztikus alkotásoknak.
A csillagközi repülésről számtalan tanulmány született. A szükséges idő és mérnöki munka befektetésével mind a személyzet nélküli, mind a személyzettel ellátott (generációs) csillagközi utazás megvalósíthatónak látszik; egy ilyen vállalkozás azonban megfontolandó technológiai, és gazdasági kihívást jelent, így az utazásnak ennek a módja még várat magára (különösen a személyzettel ellátott utak). A NASA évekig foglalkozott a témával, és több elméleti megoldást dolgozott ki.
A csillagközi repülés nehézségei A csillagközi utazás legnagyobb problémáját a hatalmas távolságok áthidalása okozza. Ez azt jelenti, hogy nagyon nagy sebesség és/vagy nagyon hosszú idő szükséges egy ilyen úthoz. A jelenleg létező meghajtási módszerekkel a repülési idő évtizedektől akár évezredekig is eltarthat. Ezenfelül egy csillagközi űrhajó sokkal nagyobb veszélyeknek van kitéve mint egy bolygóközi űrhajó; ideértve a vákuumot, a mikrogravitációt (súlytalanságot), az ionizáló sugárzást, és a mikrometeoroidokat. A hosszú idejű személyzettel ellátott csillagközi küldetések megtervezését megnehezíti, hogy szinte lehetetlen gazdaságilag igazolni egy ilyen utat; tekintve, hogy a haszon évtizedekig nem hozzáférhető, illetve a jelenérték hosszú ideig nullához közeli.
Egy jelentős probléma, amely hozzájárul a nehézségekhez, egy megfelelően rövid utazáshoz szükséges energia. A szükséges energia alsó határa a mozgási energia: E=½ mv², ahol m az űrhajó tömege. Amennyiben az érkezéskor lassítás szükséges, akkor az energiaszükséglet még magasabb.
Személyzettel ellátott, néhány évtized hosszú, a legközelebbi csillagokhoz tartó utazáshoz is a jelenleg elérhető űreszközök sebességének legalább ezerszerese szükséges. A sebesség négyzetes tagként szerepel a képletben, ebből következően a szükséges energia milliószoros. Ahhoz, hogy egy tonnát a fénysebesség tizedére gyorsítsunk fel, 4,5 × 1017 J, vagyis 125 milliárd kWh munka szükséges, nem számolva a veszteségeket. Ezt az energiát tárolni kell, amit nehezít, hogy a napelemek nem működnek nagy távolságban a Naptól és más csillagoktól.
Egyes vélemények szerint az energia nagysága lehetetlenné teszi a csillagközi utazást. A 2008-as Joint Propulsion Conference-en, ahol a jövőbeni űreszközök meghajtását vitatták meg; a résztvevők azt a következtetést vonták le, hogy rendkívül valószínűtlen, hogy az ember valaha is elhagyja a Naprendszert. Brice N. Cassenti a Rensselaer Intézet Műszaki, és Tudományos Részlegének (Department of Engineering and Science at Rensselaer Polytechnic Institute) professzora egyenesen azt állította, hogy "egy ilyen úthoz (az Alfa Centauri csillaghoz) a világ energiatermelésének legalább 100-szorosára van szükség".Iam O’Neill , Sept. 19, 2008 ,Universe Today “Interstellar travel may remain in science fiction” http://www.universetoday.com/2008/08/19/bad-news-insterstellar-travel-may-remain-in-science-fiction/
A csillagközi utazás egyik kiemelt problémája az űrhajót érő sérülésekre irányul. Rendkívül magas sebességeknél a csillagközi gáz és por bizonyosan nagy károkat okoz, amelynek oka az egymáshoz viszonyított nagy sebesség, illetve az óriási mozgási energia. A sérülések enyhítésére különféle pajzstechnológiákra születtek javaslatok. A nagyobb tárgyak (például szabad szemmel is látható porszemcsék) kevésbé gyakoriak, ám hatásuk sokkal destruktívabb lehet.
Vitatott, hogy egy 50 éven belül nem befejezhető küldetést érdemes-e egyáltalán elindítani. Ehelyett, az erre szánt pénzt célszerűbb jobb meghajtási módszerek tervezésébe fektetni. Ennek oka, hogy egy lassan haladó űrhajót feltehetőleg megelőzne egy később indított, ám korszerűbb meghajtású másik űrhajó.Yoji Kondo: Interstellar Travel and Multi-generation Spaceships, 31. o. Másrészről azonban Andrew Kennedy kiszámította,Interstellar Travel: The Wait Calculation and the Incentive Trap of Progress, JBIS V 59 no.7 2006 július hogy ha egy megadott úticélig a várható utazási időt a sebesség várható (akár exponenciális) növekedési rátájából származtatjuk, akkor az utazás összidejére egy minimum adódik. Ez azért jelentős, mert a minimumból meghatározható a legkedvezőbb időpont az indulásra. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az ekkor indult űrhajó megelőz bármely korábban indított űrhajót, ám ő maga a később indítottak számára utolérhetetlen. Tehát bármely csillagok közt utazó civilizáció meghatározhat egy egyedi időpontot, amely a legkedvezőbb az indulásra; és a leghatékonyabb a belefektetett időt és pénzt tekintve.
Egy intergalaktikus repülés milliószor nagyobb távolságokat foglal magában, így jelentősen nehezebb még a csillagközi repülésnél is.
Csillagközi távolságok A csillagászatban a távolságokat gyakorta adják meg idővel; aszerint, hogy a fénynek meddig tart a távolság leküzdése (lásd fényév). A fény sebessége vákuumban közelítőleg .
A Föld–Hold távolság 1,3 fénymásodperc. A jelenlegi meghajtási technológiákkal az odaút a Holdig általában három napot vesz igénybe. Ez azt jelenti, hogy a fény a jelenlegi meghajtásnál kétszázezerszer gyorsabb. A Naprendszerbeli bolygók távolsága a Földtől három fény-perctől négy fény-óráig terjed. A bolygótól, és annak helyzetétől függően egy személyzet nélküli űrhajó számára az utazás időtartama néhány hónaptól egy évtizedig is eltarthat.
A legközelebbi csillag, a Proxima Centauri 4,23 fényév távolságra található. A Naprendszeren kívülre indított leggyorsabb űrszonda a Voyager–1, ennek sebessége körülbelül 17 km/s. Ezzel a sebességgel számolva egy a Proxima Centaurihoz indított repülés 72 000 évig tartana. Megjegyzendő azonban, hogy a Voyager program célja nem a gyors csillagközi utazás volt, és a jelenlegi technológia gyorsabb repülést tesz lehetővé. Az utazási idő napvitorla használatával néhány ezer évre csökkenthető; nukleáris impulzusmeghajtással pedig mindössze egy évszázadot venne igénybe a repülés. A csillagközi hatalmas távolságokat jól szemlélteti, ha a Föld-Nap távolságot (150 millió km) egy méternek vesszük; ebben a méretarányban Nap és a legközelebbi csillagok egyike, az Alfa Centauri csillag távolsága 271 km lenne.
Jelenleg nem létezik olyan technológia, amely lehetővé tenné más csillagok elérését 50 éven belül.
Léteznek azonban további spekulatív alternatívák a csillagközi repülésre, amelyek a távolság problémájának leküzdésével kecsegtetnek. A speciális relativitás lehetővé teszi az utazás időtartamának lerövidítését. Amennyiben egy űrhajó kellően fejlett hajtóművel rendelkezik ahhoz, hogy fénysebesség közeli sebességgel haladjon, akkor az idődilatáció következtében az utazás alatt eltelt idő az utazó számára lényegesen megrövidül. Maga az utazás azonban nem lesz rövidebb a Földön maradtak számára, így ha az űrhajós visszatér, azt tapasztalja, hogy a Földön élők számára számottevően több idő telt el, mint önmaga számára (lásd ikerparadoxon).
Az általános relativitás elméleti lehetőséget kínál a fénynél gyorsabb utazásra az alapvető fizikai törvények megsértése nélkül, például egy féregjáraton keresztül; habár vitatott, hogy ez lehetséges-e egyáltalán. Az általános relativitáson belül a fénynél gyorsabb utazásra javasolt módszerek előfeltétele az egzotikus anyag létezése.
Oda–vissza késedelmi idő Az oda–vissza késedelmi idő (Round-trip delay time) az az időtartam, amely az űrszondának címzett üzenet elküldésének pillanata, és az űrszonda reakciójának megfigyelése közt telik el. Annak ismeretében, hogy az információ nem képes gyorsabban haladni a fénynél, ez az időtartam az űrszonda idővel kifejezett távolságának minimum kétszerese. A Voyager–1 esetében ez az időtartam körülbelül 30 órát jelent, míg a Proxima Centauri közelében 8 évet. Gyorsabb reakció eléréséhez magát a reakciót és a kiváltó eseményt előre be kell programozni. Természetesen egy személyzettel ellátott űrhajón a legénység azonnal képes reagálni, a megfigyeléseiknek megfelelően. Mindazonáltal az oda–vissza késedelmi idő nem csak fizikailag, de a kommunikációt tekintve is elszigeteli az űrhajón lévőket a Földtől; hasonlóan a távíró feltalálása előtt tett nagy utazásokhoz a Földön.
A csillagközi utazás elsődleges célcsillagai A Nap 20 fényéves körzetében 59 csillagrendszer található, 81 látható csillaggal. A következő csillagok egy csillagközi misszió elsődleges célpontjai lehetnek:Bob Forward: Ad Astra, in Journal of the British Interplanetary Society (49. szám, 23-32. o., 1996)
Rendszer Távolság (fényév) Megjegyzések Alfa Centauri 4,3 Legközelebbi rendszer. Három csillag, (G2, K1, M5). Az A komponens hasonló a Naphoz (G2 csillag). Barnard-csillag 6,0 Kisméretű, alacsony luminozitású M5 vörös törpe. A Naphoz második legközelebbi csillag. Szíriusz 8,7 Óriási, nagyon fényes A1 csillag, egy fehér törpe kísérővel. Epszilon Eridani 10,8 Egyedüli K2 csillag, valamivel kisebb, és hidegebb mint a Nap. Tau Ceti 11,8 Egyedüli G8 csillag. Hasonló a Naphoz. Nagy valószínűséggel a Naprendszerhez hasonló bolygórendszere van. Gliese 581 20,3 A Gliese 581 d exobolygó felszínén folyékony víz is előfordulhat.
Személyzettel ellátott missziók Egy személyzet szállítására alkalmas űrhajó tömege elkerülhetetlenül és lényegesen nagyobb lesz, mint a személyzet nélküli csillagközi űrszondák tömege. Példának okáért a legelső űrszonda, a Szputnyik–1 83,6 kg tömegű volt; míg az első űrhajó, amely már élő utast szállított (Lajka kutyát), a Szputnyik–2 508,3 kg, vagyis hatszor annyi. A csillagközi küldetések esetében ennél nagyobb különbség lenne tapasztalható, hiszen figyelembe véve a hatalmas távolságot, elengedhetetlen egy zárt (önellátó) létfenntartó–rendszer; ez pedig bizonyosan megnövelné az össztömeget.
Csillagközi repülésre javasolt módszerek Ha egy űrhajó átlagsebessége elérné a fénysebesség tizedét, akkor ezzel az űrhajóval a Proxima Centauri 40 éven belül elérhető lenne. Több meghajtási módszer is képes ennek megvalósítására, ám elfogadható költségek mellett egyik sem áll készen rövidtávú (néhány évtizedig tartó) fejlesztésre.
Nukleáris impulzusmeghajtás Technikailag az 1960-as évektől lehetséges nukleáris impulzusmeghajtású űrhajók építése, vagyis amelyeket nukleáris robbanások sorozata hajt. Ez a fajta meghajtási rendszer előreláthatólag nagyon magas specifikus impulzust (a fogyasztás megfelelője az űrrepülésben) és nagy sebességet biztosít, ennélfogva a legközelebbi csillagok elérése inkább évtizedekben, mintsem évszázadokban mérhető. Az építési és üzemeltetési költségek a szállítható teher alapján számolva a vegyi hajtású űrhajókéhoz hasonló.
A javasolt nukleáris impulzusmeghajtású csillagközi űrhajók közt található az Orion terv, amely nukleáris bombát használ hajtótöltetként, és a Longshot terv amely pedig inerciális magfúziós robbanásokat. Az Orion egyike annak a nagyon kevés ismert csillagközi űrhajó javaslatnak, amelyet teljes egészében fel lehet építeni létező technológiával. Mindazonáltal a csillagközi utazás csak egy fejlesztett típussal lenne lehetséges, amelyet 0,08-0,1 c elérésére terveztek.Carl Sagan közreműködésével készült Kozmosz sorozat A projekt alatt tanulmányozott verziók sebessége 20-30 km/s volt,F.W. Ross - Propulsive System Specific Impulse. General Atomics GAMD-1293 8, 1960. február túlzottan alacsony egy észszerű csillagközi repüléshez.
Fúziós rakéta