300px|thumb|right|Impresión artística de una hipotética «Nave propulsada por inducción de agujero de gusano», basada indirectamente en un trabajo de 1994 de Miguel Alcubierre. Crédito: NASA CD-98-76634 por Les Bossinas.
Se llama viaje interestelar a un viaje tripulado o no tripulado entre estrellas. Este es un concepto básico dentro de la ciencia ficción, pero en la práctica, el viaje interestelar es mucho más difícil que el viaje interplanetario debido a que las distancias implicadas son enormemente mayores (del orden del año luz). Por la misma razón el viaje intergaláctico es aún más complicado.
La posibilidad del viaje interestelar ha sido debatida arduamente por varios científicos, autores de ciencia ficción y entusiastas. En este sentido, se han publicado muchos trabajos sobre conceptos relacionados. Dados un tiempo de viaje suficiente y un trabajo de ingeniería, son posibles tanto viajes no tripulados como viajes generacionales, aunque representan un considerable reto tanto tecnológico como económico difícil de alcanzar durante algún tiempo, en concreto para sondas tripuladas. La NASA ha estado investigando en estos temas durante varios años, y ha acumulado una serie de aproximaciones teóricas.
Dificultades del viaje interestelar
La principal dificultad del viaje interestelar es la enorme distancia que ha de cubrirse y en consecuencia el tiempo que llevaría con los métodos de propulsión más realistas —de décadas a milenios—. Así, una nave interestelar estaría mucho más expuesta a los peligros que se encuentran en los viajes interplanetarios, tales como intenso vacío, radiación y micrometeoroides. El largo tiempo de viaje hace difícil diseñar misiones tripuladas, y la justificación económica de cualquier misión interestelar es casi imposible, ya que los beneficios que no son accesibles en un plazo de décadas —o mayor— tienen un valor actual cercano a cero.
Los viajes intergalácticos implicarían distancias miles o millones de veces mayores que los viajes interestelares, aumentando las dificultades en un factor similar.
Distancias interestelares
Frecuentemente las distancias astronómicas se miden por el tiempo que emplea la luz en viajar entre dos puntos (véase año luz). La luz, en el vacío, viaja a 299.792,458 kilómetros por segundo. La distancia entre la Tierra y la Luna es de 1,3 segundos luz, que con la tecnología de propulsión espacial actual, supone un viaje de unos tres días de duración. La distancia entre la Tierra y otros planetas del sistema solar varía entre tres minutos luz y unas cuatro horas luz. Dependiendo del planeta y de su alineación con la Tierra, las naves espaciales no tripuladas emplean entre unos pocos meses y algo más de una década en realizar el viaje. left|thumb|Sonda espacial Voyager 1. La estrella más cercana al Sol es Próxima Centauri, una enana roja a 4,22 años luz de distancia (véase Lista de estrellas más cercanas). La nave espacial más rápida enviada hasta ahora hacia el exterior, Voyager 1, ha recorrido 1/600 de año luz en 30 años y viaja a 1/18000 de la velocidad de la luz (véase Anexo:Objetos creados por el hombre que más se han alejado de la Tierra). A esta velocidad, el viaje a Próxima Centauri duraría unos 72 000 años. Indudablemente, dicha misión no estaba programada específicamente para viajar rápidamente hacia las estrellas, y la tecnología actual es muy superior. El tiempo de viaje puede reducirse a unos pocos milenios, o incluso a un siglo o menos utilizando la propulsión nuclear de pulso —Proyecto Orión—.
thumb|right|Concepción artística del Proyecto Orión de la NASA. Sin embargo, no existe tecnología actual capaz de propulsar una nave con una velocidad tal que le permita alcanzar otra estrella en menos de 50 años. Las teorías actuales en física señalan que es imposible viajar más rápido que la luz —velocidad superlumínica—, y sugieren que de ser esto posible, podría también ser posible construir una máquina del tiempo con métodos similares.
Por otra parte, la teoría de la relatividad especial ofrece la posibilidad de acortar el tiempo de viaje aparente: si la nave se mueve a una velocidad próxima a la velocidad de la luz, la dilatación del tiempo relativista haría que el viaje pareciera mucho más corto para el viajero. Sin embargo, para la gente que permaneciera en la Tierra transcurrirían muchos años hasta que los viajeros volvieran de nuevo: los viajeros encontrarían que habría transcurrido mucho más tiempo en la Tierra que el que habrían empleado ellos en el viaje —este efecto se ilustra en la paradoja de los gemelos—.
La relatividad general ofrece la posibilidad teórica de los viajes superlumínicos sin violar las leyes fundamentales de la física por medio de agujeros de gusano, aunque todavía se debate si estos existen realmente. Los mecanismos propuestos para viajes más rápidos que la luz, dentro de la teoría de la relatividad general, requieren la existencia de materia extraña.
Energía requerida Un factor significativo que contribuye a la dificultad es la energía que debe ser proporcionada para obtener un tiempo de viaje razonable. El límite inferior para la energía requerida es la energía cinética expresada como K = ½ mv2 donde m es la masa final. Si la desaceleración a la llegada es deseada y no puede ser lograda por ningún otro medio que no sean los motores de la nave, entonces la energía requerida al menos debe duplicarse, debido a que la energía necesaria para detener a la nave es igual a la energía necesaria para acelerarla a la velocidad de crucero del viaje.
La velocidad para un viaje de ida y vuelta tripulado de unas pocas décadas para incluso la estrella más cercana es de varias miles de veces más grande que la usada para los actuales vehículos espaciales. Esto significa que debido al término de v2 en la fórmula de la energía cinética, se requiere millones de veces de la energía usada actualmente. Acelerar una tonelada a una décima parte de la velocidad de la luz requiere de al menos 450 PJ o 4,5 J o 125 000 millones de kWh, esto sin incluir la eficiencia del mecanismo de propulsión. Esta energía tiene que ser generada a bordo usando combustible almacenado en la nave, recolectado del medio interestelar o proyectado a través de inmensas distancias.
Los requerimientos de energía hacen del viaje interestelar una tarea muy difícil. Se dijo en la Conferencia Conjunta de Propulsión del año 2008, por parte de múltiples expertos que era improbable que los humanos alguna vez exploraran más allá del sistema solar. Brice N. Cassenti, un profesor asociado del Departamento de Ingeniería y Ciencia del Rensselaer Polytechnic Institute (en castellano: Instituto Politécnico de Rensselaer), dijo que al menos se necesitaría toda la producción anual de energía de todo el planeta para enviar una sonda a la estrella más cercana.
Medio interestelar Un tema importante al viajar a velocidades extremadamente altas es que el polvo y el gas interestelar puede causar considerable daño a la nave, debido a las altas velocidades relativas y las grandes velocidades cinéticas involucradas. Se han propuesto varios métodos de protección para mitigar el problema. Los objetos más grandes (tales como los granos de polvo macroscópicos) son de lejos los menos comunes, pero podrían ser mucho más destructivos.
Virtualmente todo el material que podría ser un problema se encuentra en nuestro sistema solar en la zona del disco que contiene a los planetas, el cinturón de asteroides, la nube de Oort, los cometas, asteroides libres, macro y micro meteoroides, etc. de tal forma que cualquier dispositivo o proyectil debe ser enviado en una dirección opuesta a todo este material. Cuanto más grande sea el objeto enviado, mayor es la posibilidad de que choque con algo. Una opción es enviar algo muy pequeño donde la posibilidad de chocar con algo sea virtualmente inexistente en el vacío del espacio interplanetario e interestelar.http://www.thefreedictionary.com/heliosphere
Tiempos de viaje Se ha argumentado que una misión interestelar que no pueda ser completada en menos de 50 años no debería ser ni siquiera iniciada. En vez, asumiendo que una civilización está aún en una curva incremental del desarrollo de la velocidad de propulsión, no habiendo alcanzado el límite teórico, los recursos deberían ser invertidos en diseñar un mejor sistema de propulsión. Este debido a que una nave espacial lenta probablemente sería alcanzada y dejada atrás por otra misión enviada más tarde y que esté usando un sistema de propulsión más avanzado (Postulado de Obsolescencia Incesante).Yoji Kondo: Interstellar Travel and Multi-generational Spaceships, ISBN 1-896522-99-8 p. 31 Por otra parte, Andrew Kennedy ha demostrado que si uno calcula el tiempo de viaje a un destino determinado como la tasa de la velocidad de viaje derivada del incremento creciente (incluso del crecimiento exponencial), existe un claro mínimo en el tiempo total a ese destino desde el ahora (ver cálculo de espera). Los viajes emprendidos antes del mínimo serán adelantados por aquellos que emprenden el viaje en el mínimo, mientras que aquellos que emprenden el viaje después del mínimo nunca serán capaces de alcanzar a aquellos que partieron en el tiempo mínimo.
Un argumento contra la posición de retrasar una partida hasta tener un sistema de propulsión más rápido es que varios otros problemas no técnicos que son específicos a los viajes de largas distancias a velocidades considerables (tales como el impacto de las partículas interestelares, posible dramático acortamiento de la esperanza de vida humana promedio por la permanencia extendida en el espacio, etc.) pueden seguir siendo un obstáculo que puede tomar mucho más tiempo en ser resueltos que únicamente el tema de la propulsión, asumiendo que ellos incluso puedan ser resueltos en algún momento. Por lo tanto, se puede plantear que al iniciar una misión sin retraso, basado en el concepto de una factible y específica —aunque relativamente lenta— misión interestelar usando la actual tecnología de punta y a un costo relativamente bajo, más que apostar en ser capaces de resolver todos los problemas asociados a misiones más rápidas sin tener una estimación confiable del tiempo requerido para lograr aquello.
El tiempo de viaje podría ser reducido a un milenio usando velas solares o a un siglo o menos usando propulsión nuclear de pulso.
Una nave interestelar podría enfrentar muchos peligros en un viaje interplanetario, incluyendo el vacío, la radiación, la ingravidez y los micrometeoroides. Incluso el mínimo tiempo de viaje de varios años a las estrellas más cercanas están más allá de la actual experiencia de diseño de viajes espaciales tripulados. Los límites fundamentales del espacio-tiempo presentan otro desafío. Las distancias entre las estrellas no son un problema en y por sí mismas.
Sin embargo, aproximaciones más especulativas al viaje interestelar ofrecen la posibilidad de evitar estas dificultades. La teoría de la relatividad especial ofrece la posibilidad de acortar el tiempo de viaje: si una nave espacial con motores lo suficientemente avanzados pudiera alcanzar velocidades que se acerquen a la velocidad de la luz, la dilatación del tiempo relativista haría que el viaje apareciera mucho más corto para el viajero. Sin embargo, aun transcurrirían muchos años para las personas que permanecieran en la Tierra y al regreso a la Tierra, los viajeros se encontrarían que mucho más tiempo habría transcurrido en la Tierra que para ellos (para una explicación más detallada sobre este efecto ver la paradoja de los gemelos).