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2004年6月16日，你对销售人员说：“我正在寻找的是这样一种小汽车，装满油最少能够行驶20000千米，能够自动修复，行驶速度为每小时800千米，而重量只有几百千克。”
在他呆站在那儿，瞪大眼睛时，你又说：“哦，还有，我只花其它汽车费用的四分之一。”
像这样的要求肯定会令你捧腹大笑，但在很多情况下，这种梦想中的汽车是对宇宙飞船的一种隐喻，我们需要它们去拓展我们在今后几十年内对太阳系的探测。这些新型宇宙飞船需要更快、更轻、更便宜、更具可靠性、更耐用，以及更多功能。
不可能吧？在你回答之前，想象一下，在200年前，如果一个人想问一个牛仔买一匹马，这匹马每小时最快能跑160千米，能够驮载他的全家和所有人的行李，同时能够给他唱他喜欢的歌儿，这个牛仔会做何反应？今天我们把这种“马”称为小型货车。
技术革命——像工业革命用汽车替代马匹一样——能够使今天看来不可能的事情成为明天很普通的事情。
现在就正发生着这样的一场革命，我们这个年代发展最为迅速的三项科学——生物技术、纳米技术和信息技术——使科学家们能够在分子层面上对事物进行空前的控制。随着这种知识黄金冲击，出现了一些具有惊人特性的新型材料，这些特点听起来更像在科幻小说中，而不是在实验室的工作台上。
例如，想象有这么一种物质，强度是钢的100倍，而重只有钢的1/6；被刺破后能够快速痊愈的材料；能够感觉到压在它们上面的力量的表面；像分子一样微小的电线和电器件；产生和贮存电能的结构材料；能够随意快速转为固体且回复原状的液体。所有这些材料今天都存在……还有更多正在研制。
手里拥有这些令人难以置信的材料，建造更优质的宇宙飞船看起来不太遥远了。
重量等于金钱
下一代宇宙飞船所面临的挑战关键在于几个主要问题，当然首先也是最重要的是成本。
美国航宇局的“下一个十年计划组革命性宇宙飞船技术”经理马兹威尔博士说：“即使今天解决了所有的技术难题，探测我们的太阳系仍然需要费用合理可行。”
降低宇宙飞船成本主要意味着降低质量。每减少一千克即意味着节省克服地球重力的推动力的一千克。轻型宇宙飞船会有较小的更高效的发动机和较少的燃料。这就节约了更多的质量，也就创造了质量储蓄和降低成本的良性循环。
挑战在于在增加安全性、可靠性和功能性的同时要削减质量。
科学家们正在研究有助于宇宙飞船变得细长的新技术。比如，轻薄材质——那种超薄胶片——可能会被用于天线或光电面板，取代今天使用的较大元器件，或者甚至用于广袤的太阳系航行，在每平米仅集中4到6克质量时提供推进力。
合成材料，像用于碳纤维网球拍和高尔夫球杆的那些材质，在设计宇宙飞船时已经很大程度地帮助减轻了质量，并且没有减损强度。但是，一种被称之为“碳纳米管”的新式碳戏剧性地改进了合成物：质量为钢3或4倍的最好的合成物——纳米管的强度是钢的600倍！
“这种卓越的强度表现来自于纳米管的分子结构”，美国航宇局的优质结构和材料中心的Langley研究中心首席科学家丹尼斯·布什奈尔解释道。它们看起来有些像鸡肉丝卷进了圆桶内，带着在六边形每一隅座落的碳原子。
纳米管大约宽1.2 到1.4毫微米（一毫微米等于十亿分之一米），仅为碳原子半径的十倍。纳米管于1991年才被发现，但科学界的浓厚兴趣却已经使我们创造和利用纳米管的能力得到大幅提高。仅2到3年前，做出的最长的纳米管大约是1000毫微米（1微米）。今天，科学家能够把管子的长度增加到2亿毫微米（20厘米）。布什奈尔提醒到，全世界最少有56个实验室正努力工作以大量生产这种微型管。
布什奈尔说：“发展获得长足进步，所以可能使运用纳米管的大量材质出现，但我们目前还不知道这种600倍于钢强度的物质在大量使用时的质量会是多少。不过，纳米管仍然是我们最好的期待。”
除了很强的硬度之外，纳米管还可能在宇宙飞船的减重计划中扮演重要角色：所用材料能够具备多种功能。
“我们过去只是为活动部分建造那些无声的固定器式结构，如感应器、处理器，” 马兹威尔解释说，“现在我们不需要那些了，固定器可以成为整个系统中不可或缺的一个活跃组成部分。”
想象一下，如果宇宙飞船的船体还能够贮存电能摆脱沉重的电池，或者表面可以自行弯曲排除独立传动器，或者线路可以直接植入宇宙飞船的船体之内。如果材料能够在分子规模上进行设计，那么这种整体结构就有可能成为现实。
宇宙飞船外壳
人类甚至可以感受到在他们身体任何一个地方最轻的针刺，这是一种有些惊人的自我警觉系统——可能是因为你的皮肤包含数以百万计的精微神经末梢以及将那些信号传至大脑的神经。
同样，构成宇宙飞船关键系统的材料能够与精确至毫微米的感应器一起植入飞船，这样就能够持续监控材料的状态。如果某个部分失去作用——即“感觉不好”——这些感应器可以在悲剧发生之前向中央计算机发出警告。
分子线能够将所有这些感应器的信号传送到中央计算机，可以避免使用数以百计的大量电线。纳米管又可能担当此任。从方便角度来讲，纳米管可以用作导体或半导体，视其制造方法而定。科学家们已经从其它拉长分子中制作出分子线，其中有些甚至被自然地装配为有用配置。
你的皮肤还可自愈。无论你是否相信，有些尖端材料也同样能做到。自愈材料由一种称之为离聚物的长链分子制成，对尖锐目标产生反应，比如从后面接近的子弹。宇宙飞船可以使用这种外壳，因为太空里充满了微小颗粒——来自彗星和小行星的高速运动的微小残骸。如果其中的一粒——鹅卵石大小的物体刺破飞船的甲体，这种自愈材料可以使船舱继续保持密封。
回家的人们
令人难以置信的高级材料也能在地球上便宜获取。美国航宇局的科学家们认为，这种基础科学还可应用于许多其它领域。可能会有数以百万计的军用技术转为民用项目。
但目前大多数高级材质还缺乏优质强力产品所需要的工艺，我们只能等待。