“我们的征途是星辰大海”——这句话是如此地鼓舞人心，仿佛我们都是宇宙的水手，等待着探索新世界的启航号角。
没错，我们身体里的金属元素都来自于恒星的中心，从某种意义上来说，我们都是属于宇宙深空的孩子。
在神舟十一号太空飞船即将发射之际，就让我们以科幻作品为引，从现实中的物理出发，来看看那些奇妙的宇宙航行方法吧！
传统火箭引擎——化学引擎
为了能够前进，我们必须向着运动的相反方向掷出一定的质量，这些投掷出去的东西叫做“工质”。工质推进是目前帮助我们摆脱重力束缚、迈出离开地球母亲怀抱第一步的不可缺少方式。
和喷气式飞机类似，运载火箭也是通过喷出高速气体来获得动力。不同的是，在大气层内飞行的飞机可以通过发动机源源不断地压缩进气道吸入的空气来获得推力，而对于运载火箭，这些空气就有些捉襟见肘，很难产生足够的推力，更不要说我们要去的可是接近真空的外太空了。因此，为了挣脱地球的引力，运载火箭都装载着巨量的燃料和助燃剂，这些燃料燃烧所产生的大量气体经过超音速喷嘴排出，就能推动火箭直冲云霄，将飞船送上太空轨道。

图1. 火箭引擎的原理图，燃料在燃烧室中燃烧后由喷管喷出从而产生推力。来自于维基百科英文页面
火箭引擎中，化学引擎这种上古的方式在科幻作品中虽然已经被各自炫酷引擎挤压得生存空间愈发狭小，但是却仍然顽强地占据着一席之地，谁让它是经典呢？每一次的点火，伴随着升腾起的火焰和烟雾，那昂然升空的火箭总能激起我们探索未知的无尽斗志。

图2. 《安德的游戏》剧照，升空中的运输火箭。化学引擎释放出灼热尾焰，同时伴随着巨大的烟雾

图3. 运载天宫二号的长征二号F火箭点火升空时的壮观景象，充满了力拔千钧地气势。照片来自新华网。
化学燃料虽然效果拔群，但是缺点也十分明显。一个最大的问题就是“又大又重”。“大”是说燃料和助燃剂占的总体积大，“重”是因为这会让火箭变得更沉。这就形成了一个两难的局面——为了飞得更高更远，燃料就需要更多，但是这反过来又让火箭变得更沉，也越耗费燃料。
现实当中，人类至今推力最大的运载火箭是土星五号（Saturn V），当年它为了将总重量约50吨的阿波罗飞船（Apollo）送入月球轨道，必须携带2721吨重的燃料及助燃剂，这些重量足足可以填满数个标准尺寸的游泳池。相比之下，火箭各推进级的净重只有178吨。所以，别看现实中的火箭都是圆柱状，各部分的重量可都是经过细细考量的。
离子推进和核能引擎
化学引擎送我们脱离行星引力到达宇宙空间，可远星还在召唤我们呢。这时再靠着化学燃料来实现飞船的大规模加速和减速就很不划算了。这就好像开着一辆堪称“油老虎”的跑车，想要来个横跨大陆的旅行却又只能依靠小小的油箱，又如何能够享受风驰电掣的爽快？
为了解决有限燃料情况下的长距离加速和减速问题，航天器就需要更高比冲的发动机。这里的比冲是个专有名词，《军事大辞海》中给出的定义是“单位流量推进剂(燃料)产生的推力,或单位重量推进剂产生的冲量”。简而言之，在携带同样质量的推进剂的前提下，比冲越大，推进剂使用的效率就越高。于是，离子引擎和核引擎当仁不让地站到了台前。
离子引擎和传统火箭引擎相似，只是将燃烧室换成了电离室，将喷出的气体换成了经过电离的推进剂，在电磁场作用下，将电离之后的离子约束并高速喷出。因为离子引擎比冲高的优势，携带较少的推进剂就可以获得可观的加速效果。

图4. 离子推进原理示意图，看上去是不是和火箭引擎很像？来自于维基百科英文页面
在去年热映的电影《火星救援》（The Martian）里，赫尔墨斯号（Hermes）飞船在前期使用化学燃料推进到达火星转移轨道之后就改由先进的离子发动机来加速，通过以超高速将氩原子