关于人类什么时候可以进行星际航行的问题,如果非要现在来回答,那只能是四个字:遥遥无期。
大家都知道我们现在航天使用的是化学燃料,化学燃料的效率是极低的,在脱离地表引力的火箭发射中,为了得到足够的推力,火箭需要携带数倍于火箭自身重量的燃料,这不单导致燃料的极大浪费,也增加了燃料补给的难度。

目前的化学燃料中比较容易补给的是氢,因为即使在宇宙空间里,氢分子也是随处可见的,但氢需要氧化剂——氧气才能燃烧从而产生推力,而氧气的补给就没有那么容易了,它并非如氢一样满宇宙都是。
氢之所以那么多是因为它是在宇宙大爆炸后就形成的,占了宇宙大爆炸产生元素的70%以上,但在宇宙大爆炸时,氧的含量基本为0,现在所有的氧气都是后期产生的。根据现有理论,氧元素形成于恒星核聚变,在恒星内进行的核聚变反应过程中会产生氧原子核,但这些氧原子核只存在于恒星内部,由于恒星数百公里每秒以上的逃逸速度,内部产生的氧原子根本无法离开恒星,在恒星喷发出的恒星风里,主要也是氢、氦这样的轻元素。而我们目前呼吸的氧,基本上都是末期恒星爆发后喷射出来的,对于目前的银河系,大约每一百年才发生一次这样的超新星爆发,所以氧气的稀有性可想而知。
因此,如果使用化学燃料,在星际航行中要补充是极其困难的,燃料用完很可能就用完了。
就我们目前所知的物理知识,要进行星际航行至少要有使用核聚变技术的航天发动机。然而我们现在连持续的可控核聚变技术都没有,即使在我们有生之年实现了可控核聚变技术,可控核聚变小型化又是另一道技术门槛,因为现在研发中的可控核聚变设备是这样的:
单单实现可控核聚变还不够,必须让它的能效比足够高才有意义,如果输入10份能量才产出11分量那就没有什么意义了。
假如能效比也解决了,那么下一道技术门槛就是发动机的材料问题,即使采用最干净的氦3作为核聚变原料,核聚变所产生的可是伽马射线,也不是一般材料能长期承受的。

即使采用了高密度金属板抵受住了伽马射线的攻击,最干净的核聚变燃料氦3可不是很容易获得的燃料,补给又成了问题……因此,我们需要考虑的是用满世界都有的氢(包括同位素氕、氘、氚)。然而,问题是最常见的氢1(即氕)只有一个质子,所以在核聚变开始前要先实现β衰变产生中子,这个过程随机发生,我们根本不能指望它能在短时间内大量发生。因此直接使用最常见的氕作为燃料并不靠谱。而如果使用氘和氚则会在核聚变到氦时产生多余的中子,这就产生了核污染,大量的中子轰击将会改变容器材料的性质,这是个相当大的问题。所以下一个技术门槛就是如何把所产生的中子定向喷射出去,现在看来好像没有什么好的办法,因为中子不带电性,无法通过磁场定向加速。
所以,要实现航天的核聚变发动机可谓困难重重,反观现在超大型的磁约束装置下实现可控核聚变都举步维艰,就不要怪我对实现星际航行如此悲观了。
不过你可能也听说过一些类似电磁驱动、光压驱动这类的非常规航天驱动方式,但它们无一不面临一个困难,就是机动性太弱。没错,理论上它们可以通过持续的缓慢加速来达到相对较高的速度,但这样的加速需要一个较长的时间,同样的,要实现减速也需要相同的时间,那么在太空中高速航线时出现意外情况怎么办?飞船根本无法及时制动……所以,这种驱动方式根本没法用于载人航行,太危险了……
所以,对于星际航行,大家还有什么好主意吗?

关于他的飞行系统,武器系统,智能系统什么的现下都可以实现,难度不大,前提是只要你研究出了剧中的「Miniature Arc Reactor」,我们把它叫做微电弧反应堆吧。为了这个问题翻找了好久,最后在Quora上找到比较靠谱的能量说法,由于这是一个虚构的装置,即便在漫画中也没有官方的科学解释,我们所知道的,它就是钢铁侠的一切.
今天这种类型的聚变反应堆还只存在于科研试验规模的程度。上图为正在建设中的国际热核实验,计划是第一个核聚变反应堆大到足以产生净收益的能量。基本上它捣烂的氢,氘和氚两个同位素,一起在如此高的能量,它们结合成一个原子。当他们融合,反应生成氦和一个自由中子。关键的是氦+中子具有比氘+氚质量更小,并且丢失的块被转换成能量。能量可以被捕获的热量来运行传统的蒸汽驱动涡轮机(像任何其他电厂)。
那么,这种电弧反应器的圆环(甜甜圈)的形状告诉我们什么?这意味着有带电粒子移动了一圈,包含在由磁场。高能粒子通常具有高能量,因为他们移动速度非常快,而且磁场可以进行曲线带电粒子的运动。弯曲粒子的运动成一个圆圈让他们在一个地方足够长的时间,让他们碰撞。
你可能会注意到,目前的核聚变反应堆的设计有很多关于圆环的外磁体线圈,虽然等离子体约束是热核聚变的一个最大的挑战,但电弧反应器使得它具有可操作性。由此我们可以得出结论,在全面电弧反应器的关键技术是一种包含在一个自我维持的环反应。这种推理的证据是通过在史塔克工业的电弧反应堆蓝图绘制的环形磁力线。


