ระบบ ขับเคลื่อนยานอวกาศแบบไม่ใช้เชื้อเพลิงคือ ระบบ ขับเคลื่อนยานอวกาศ ใดๆ ที่เร่งความเร็วของยานโดยการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม แทนที่จะใช้เชื้อเพลิงที่บรรจุอยู่ภายในยาน ซึ่งเป็นวิธีการแบบดั้งเดิมที่ใช้ใน ระบบขับเคลื่อน ทางเคมีและไฟฟ้าปรากฏการณ์ทางกายภาพต่างๆ สามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการขับเคลื่อนโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแรงโน้มถ่วงแรงดันรังสีลมสุริยะสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์หรือแรงต้านอากาศในชั้นบรรยากาศตอนบน^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

เทคโนโลยีไร้เชื้อเพลิงหลายอย่างได้รับการสาธิตในการบินแล้ว ในขณะที่บางอย่างอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ที่แตกต่างกัน การเบรกด้วยแรงต้านอากาศได้รับการสาธิตครั้งแรกโดยรอบโลกโดยฮิเตน (1991) และตั้งแต่นั้นมาก็ถูกนำไปใช้โดยยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์หลายลำการแล่นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ แม้ว่าจะไม่ ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่ก็ได้รับการสาธิตในการบินโดยยานอวกาศหลายลำ รวมถึงยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ด้วย สายเคเบิลอวกาศประเภทต่างๆ ก็ได้รับการทดสอบบินหลายครั้งย้อนกลับไปถึงภารกิจเจมินี 11 (1966)

การขับเคลื่อนด้วยสนามเป็นคำที่เกี่ยวข้องซึ่งผู้เขียนบางคนใช้เพื่ออธิบายระบบขับเคลื่อนที่ไม่ใช้เชื้อเพลิงที่เสนอ โดยส่วนใหญ่อยู่ในขอบเขตของแนวคิดการขับเคลื่อนขั้นสูงที่ต้องอาศัยนวัตกรรมทางทฤษฎีหรือเทคโนโลยีอย่างมาก^{[ 5 ] [ 6 ]}

ต่างจาก ระบบ ขับเคลื่อนที่ไม่ใช้เชื้อเพลิงระบบขับเคลื่อนที่ไม่ใช้เชื้อเพลิงไม่จำเป็นต้องขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเนื่องจากสามารถแลกเปลี่ยนโมเมนตัมกับสิ่งแวดล้อมได้

จรวดแบบดั้งเดิม(ไม่ว่าจะเป็นแบบเคมีหรือแบบไฟฟ้า ) เร่งความเร็วของยานอวกาศโดยการพ่นเชื้อเพลิง ออกมาเป็น มวลปฏิกิริยาบนยานในขณะที่เทคโนโลยีเหล่านี้ทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการสำรวจอวกาศ แต่โดยพื้นฐานแล้วเทคโนโลยีเหล่านี้มีข้อจำกัดอยู่ที่ความเร็วไอเสียที่สามารถพ่นเชื้อเพลิงออกมาได้ ดังที่อธิบายไว้ในสมการจรวดของ Tsiolkovski ซึ่งจำกัดค่า delta-vรวมและความเร็วสูงสุดที่สามารถทำได้โดยใช้จรวดแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเดินทางระหว่างดวงดาวโดยทั่วไปถือว่าไม่สามารถทำได้ด้วยจรวดเคมีเนื่องจากอัตราส่วนมวลเชื้อเพลิงต่อน้ำหนักบรรทุกที่จำเป็น^{[ 4 ] [ 7 ] [ 2 ]}

เทคโนโลยีการขับเคลื่อนโดยไม่ใช้เชื้อเพลิงสามารถลดความจำเป็นในการขนส่งเชื้อเพลิงและผู้เขียนบางคนได้อธิบายว่ามีแรงขับจำเพาะที่ไม่มีที่สิ้นสุด (หรือเทียบเท่ากับความเร็วไอเสีย ที่ไม่มีที่สิ้นสุด ) ^{[ 8 ]}ดังนั้น การขับเคลื่อนโดยไม่ใช้เชื้อเพลิงจึงสามารถเพิ่มงบประมาณ delta-vที่มีอยู่สำหรับภารกิจ และในบางกรณีความเร็วสัมพัทธภาพอาจบรรลุได้ในทางทฤษฎี ส่งผลให้อายุการใช้งานของภารกิจโคจรรอบโลกหรือยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์สามารถเพิ่มขึ้นได้ และตามที่ผู้เขียนบางคนกล่าวการเดินทางระหว่างดวงดาวอาจเป็นไปได้^{[ 4 ] [ 8 ] [ 7 ]}

เศษซากอวกาศเป็นหัวข้อที่น่ากังวลมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวงโคจรระดับต่ำของโลกด้วยโครงการริเริ่มต่างๆ เช่น Zero Debris Charter ของ ESA ทำให้เกิดความสนใจเพิ่มมากขึ้นในการลดระดับวงโคจรของยานอวกาศโดยการกำจัดตัวเองเมื่อสิ้นสุดภารกิจ^{[ 9 ]} อย่างไรก็ตาม ดาวเทียมLEOจำนวนมาก กำลังกลายเป็น CubeSatsซึ่งการลดระดับวงโคจรโดยใช้จรวดอาจมีน้ำหนักมากเกินไป มีราคาแพง หรือแม้แต่เป็นไปไม่ได้เนื่องจากข้อจำกัดของตัวปล่อย (ซึ่งมักเกิดขึ้นกับ การปล่อยแบบ rideshareซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับ CubeSats) วิธีการขับเคลื่อนแบบไม่ใช้เชื้อเพลิงอาจเป็นทางเลือกที่ราคาถูกและน้ำหนักเบาสำหรับการลดระดับวงโคจรของยานอวกาศขนาดเล็กเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งาน^{[ 10 ]}

ในการเคลื่อนที่โดยใช้แรงโน้มถ่วงช่วย หรือที่เรียกว่าการเหวี่ยงด้วยแรงโน้มถ่วง จะใช้แรงดึงดูดของวัตถุบนท้องฟ้าเพื่อเปลี่ยนวิถีโคจรของยานอวกาศ ซึ่งอาจส่งผลให้ประหยัดเชื้อเพลิงได้มากสำหรับภารกิจระหว่างดาวเคราะห์^{[ 2 ]}

เทคนิคนี้ถูกใช้โดยยานอวกาศหลายลำ โดยที่ยานวอยเอเจอร์ 2 ที่มีชื่อเสียงที่สุด ใช้ในการเดินทางไปยังดาวพฤหัสบดีดาวเสาร์ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนในภารกิจเดียว^{[ 11 ]}การใช้แรงโน้มถ่วงช่วยครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 1959 โดยยานลูน่า 3 ^{[ 12 ]}ยานมาริเนอร์ 10เป็นยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ลำแรกที่ใช้แรงโน้มถ่วงช่วย โดยบินผ่านดาวศุกร์ ในปี 1974 เพื่อไปยังดาวพุธ^{[ 13 ]}

การใช้แรงโน้มถ่วงช่วยเป็นกลยุทธ์ที่เกี่ยวข้องกับการใช้แรงโน้มถ่วงช่วยร่วมกับการเบรกด้วยแรงต้านอากาศเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ การใช้แรงโน้มถ่วงช่วยยังไม่ได้รับการพิสูจน์ในการบิน^{[ 14 ]}

การเบรกด้วยแรงต้านอากาศใช้แรงต้านอากาศเพื่อลดวงโคจรของยานอวกาศ ในอดีตมีการใช้เพื่อลดวงโคจรของยานอวกาศเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานหรือเพื่อปรับจุดสูงสุดของวงโคจรของยานโคจร (มักจะเป็นยานโคจรระหว่างดาวเคราะห์) ^{[ 1 ]}

การเบรกด้วยแรงต้านอากาศ (Aerobraking ) ซึ่งสาธิตครั้งแรกในโลกโดยฮิเตน (1991) เป็นเทคนิคที่ได้รับการยอมรับอย่างดีสำหรับยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ มีการใช้เทคนิคนี้รอบดาวศุกร์โดย ยาน แมเจลแลน (1993) และยานวีนัสเอ็กซ์เพรส (2014) รวมถึงรอบดาวอังคารโดยยานเอ็มจีเอส (1997) ยานมาร์สโอดิสซี (2001) ยานเอ็มอาร์โอ (2006) และยานทีจีโอ (2016)

ขนาดของแรงทางอากาศพลศาสตร์สามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยโครงสร้างที่กางออกได้ซึ่งเรียกว่าใบเรือลากแนวคิดนี้ได้รับการสาธิตโดย ภารกิจ NanoSail-D2 (2010), InflateSail (2017) และRemoveDEBRIS (2018) ^{[ 2 ]}

ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์พยายามเพิ่มแรงดันรังสีแสงอาทิตย์บนยานอวกาศให้สูงสุดโดยใช้วัสดุน้ำหนักเบาเพื่อสร้างพื้นผิวสะท้อนแสงขนาดใหญ่ แม้ว่าจะไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่เทคโนโลยีนี้ได้รับการสาธิตอย่างประสบความสำเร็จโดยยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์IKAROS (2010) และยานโคจรรอบโลกLightSail-2 (2019) เนื่องจากแรงขับที่เกิดจากรังสีแสงอาทิตย์นั้นต่ำมาก ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์จึงใช้งานได้จริงเฉพาะกับยานอวกาศขนาดเล็ก เช่นคิวบ์แซท^{[ 1 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 3 ] [ 2 ]}

สายอิเล็กโทรไดนามิกสร้างแรงลอเรนซ์โดยการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านสายยาว (เช่น ลวด) ที่ยื่นออกมาจากยานอวกาศเพื่อทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ที่กำลังโคจรอยู่^{[ 1 ] [ 17 ] [ 3 ]}

นักวิจัยได้เสนอและตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีการต่างๆ มากมาย แต่ยังไม่มีวิธีใดที่สามารถนำไปทดลองใช้ในอวกาศได้ ในบางกรณี หลักการทางฟิสิกส์พื้นฐานยังไม่ได้รับการพิสูจน์ซ้ำโดยอิสระ

การประยุกต์ใช้สายเคเบิลในอวกาศที่เสนอไว้คือการแลกเปลี่ยนโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจรระหว่างยานอวกาศ การประยุกต์ใช้รวมถึงการปล่อยน้ำหนักบรรทุก (เช่นใน แนวคิด skyhook ) หรือการเปลี่ยนแปลงวงโคจรซึ่งยานอวกาศลำหนึ่งจะผลักดันอีกยานหนึ่งขึ้นสู่วงโคจรที่สูงขึ้นอย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงกู้คืนโมเมนตัมที่สูญเสียไปด้วยวิธีการขับเคลื่อนอื่น ๆ ซึ่งอาจช้ากว่า^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

ใบเรือแม่เหล็กเป็นวิธีการที่เสนอเพื่อสร้างแรงขับจาก ปฏิสัมพันธ์ของ แรงลอเรนซ์ระหว่างสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นโดยยานอวกาศและพลาสมา (อนุภาคประจุ) ในสภาพแวดล้อมโดยรอบ ซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากลมสุริยะหรือตัวกลางระหว่างดาวแนวคิดนี้ได้รับการเสนอครั้งแรกโดยRobert Zubrinในปี 1990 และมีการเสนอรูปแบบต่างๆ มากมายนับตั้งแต่นั้นมา แม้ว่าเทคโนโลยียังคงต้องได้รับการพิสูจน์ในอวกาศ^{[ 2 ] [ 20 ]}

แนวคิดที่คล้ายกันคือ ระบบ ขับเคลื่อนพลาสมาแม่เหล็กขนาดเล็กสร้างสนามแม่เหล็ก ขนาดเล็ก รอบยานอวกาศ การสร้างพลาสมาต้องใช้เชื้อเพลิงเพียงเล็กน้อย แต่ฟองแม่เหล็กที่สร้างขึ้นอาจมีขนาดใหญ่กว่ายานอวกาศมาก^{[ 21 ]}

ใบเรือไฟฟ้า หรือ E-sails มีลักษณะคล้ายกับใบเรือแม่เหล็กตรงที่มันแลกเปลี่ยนโมเมนตัมกับอนุภาคที่มีประจุในสภาพแวดล้อมรอบยานอวกาศ แต่ใช้ แรง ไฟฟ้าสถิต แทนแรงแม่เหล็กในการทำเช่นนั้น สายไฟหรือตาข่ายจะถูกยื่นออกมาจากยานอวกาศและถูกประจุโดยใช้ ปืนอิเล็กตรอนบนยานเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าหากระยะห่างของสายไฟอยู่ในระดับเดียวกับความยาวเดบายของพลาสมาโดยรอบ สนามไฟฟ้าจะทำหน้าที่เป็นกำแพงแข็งสำหรับอนุภาคที่มีประจุในพลาสมา ทำให้พวกมันชะลอตัวลงและถ่ายโอนโมเมนตัมจากพวกมันไปยังตาข่ายที่ติดอยู่กับยานอวกาศ^{[ 22 ] [ 3 ] [ 2 ]}

เบรกพลาสมาเป็นรูปแบบหนึ่งของแนวคิด E-sail ที่มุ่งเป้าไปที่การลดระดับวงโคจรของดาวเทียมขนาดเล็ก ซึ่งได้รับการเสนอครั้งแรกในปี 2010 ณ เดือนมิถุนายน 2026 ยังไม่มีการสาธิตที่ประสบความสำเร็จในอวกาศ มีการสร้างตัวสาธิตไว้ใน ดาวเทียมคิวบ์แซท ESTCube-1 (2013), Aalto-1 (2017), FORESAIL-1 (2022) และESTCube-2 (2023) แต่เนื่องจากเหตุผลต่างๆ จึงไม่มีการปล่อยตัวสาธิตใดที่ประสบความสำเร็จ^{[ 10 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}ตัวสาธิตอีกตัวหนึ่งถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศพร้อมกับดาวเทียมคิวบ์แซท FORESAIL-1p ซึ่งปล่อยในเดือนพฤศจิกายน 2025 ^{[ 26 ]}

เช่นเดียวกับใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ ใบเรือที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์เป็นรูปแบบหนึ่งของการขับเคลื่อนด้วยโฟตอน อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ใช้แสงที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ ใบเรือที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์จะใช้แสงที่ผลิตขึ้นเองจากอาร์เรย์เลเซอร์บนพื้นดินหรือในอวกาศ^{[ 3 ] [ 2 ]}

โครงการBreakthrough Starshotซึ่งประกาศในปี 2016 มีเป้าหมายที่จะสร้างดาวเทียมระหว่างดวงดาวโดยใช้ใบเรือที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์ ณ ปี 2025 มีรายงานว่าโครงการนี้ถูกระงับอย่างไม่มีกำหนด^{[ 27 ]}

จรวดโฟตอนสร้างแรงขับโดยการปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนมาก ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมโมเมนตัมของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจะสมดุลกับการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมของยานอวกาศ จึงทำให้เกิดแรงขับ^{[ 28 ] [ 3 ]}อุปกรณ์ดังกล่าวถือว่าไม่สามารถใช้งานได้จริง^{[ 29 ]}

การขับเคลื่อนด้วยสนามเป็นคำที่ผู้เขียนบางคนใช้เพื่อจัดหมวดหมู่ข้อเสนอเชิงคาดการณ์สำหรับระบบขับเคลื่อนขั้นสูงซึ่งจะต้องมีการวิจัยอย่างมากหรือฟิสิกส์พื้นฐานใหม่เพื่อให้เกิดผลสำเร็จ ตัวอย่างเช่นเครื่องขับดันพลาสมาเครื่องขับดันแม่เหล็กพลาสมาไดนามิกและอุปกรณ์ที่คล้ายกัน^{[ 6 ]}ณ ปี 1996 ยังไม่มีระบบขับเคลื่อนด้วยสนามใดได้รับการตรวจสอบโดยการทดลอง^{[ 5 ]}

เรื่องสั้น"ซันแจมเมอร์" (Sunjammer)ที่เขียนโดยอาร์เธอร์ ซี. คลาร์ก ในปี 1964 บรรยายถึงการแข่งขันเรือใบระหว่างยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์ยานอวกาศซันแจมเมอร์ซึ่งเดิมทีมีกำหนดปล่อยในปี 2015 แต่ถูกยกเลิกในปี 2014 ได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่เรื่องสั้นเรื่องนี้

ในนวนิยายเรื่องThe Martian ปี 2014 โดยAndy Weirภารกิจกู้ภัยใช้แรงโน้มถ่วงช่วยในการโคจรรอบโลก

ในนวนิยายวิทยาศาสตร์เรื่องRevenger ปี 2016 โดยAlastair Reynoldsและภาคต่อๆ มาใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีการขับเคลื่อนที่โดดเด่นสำหรับยานอวกาศ

ในหนังสือProject Hail Mary ปี 2021 โดยAndy Weirและภาพยนตร์ที่ดัดแปลงจากหนังสือเรื่องนี้ในปี 2026ยานอวกาศที่มีชื่อเรื่องนั้นใช้จรวดโฟตอนเป็นพลังงานขับเคลื่อนหลัก เนื่องจากวิธีการขับเคลื่อนหลักของมันคือการปล่อยแสงอินฟราเรดความเข้มสูง

• ระบบขับเคลื่อนยานอวกาศ  – วิธีการที่ใช้ในการเร่งความเร็วของยานอวกาศ
• จรวด  – ยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยการพ่นก๊าซ
• ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า  – ประเภทของระบบขับเคลื่อนยานอวกาศที่ใช้พลังงานไฟฟ้าในการเร่งความเร็วเชื้อเพลิงหน้าเว็บที่แสดงคำอธิบายสั้น ๆ ของเป้าหมายการเปลี่ยนเส้นทาง
• สายเคเบิลเชื่อมต่อ ในอวกาศ  – สายเคเบิลรับน้ำหนักที่ใช้เชื่อมต่อวัตถุในอวกาศ
• ระบบขับเคลื่อนภาคสนาม  – แนวคิดและเทคโนโลยีการขับเคลื่อน
• การเดินทางระหว่างดวงดาว  – การเดินทางในเชิงสมมติฐานระหว่างดวงดาวหรือระบบดาวเคราะห์