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假設我們永遠困在地球這個微小而單一的星球上，那我們將會多麼壓抑苦惱。 但當我們積極探索外太空時，總會有一大堆問題橫亙在我們與先進文明之間。 幸而，我們的創新永無止境，而我們的好奇心又總能引領我們找到看似不可能的解決方案。
10.力場防護罩
2008年，英國盧瑟福阿普爾頓實驗室的科學家們開發了一種屏蔽太陽殺傷粒子的強力電磁場。 在太空歷險電影中，這種強力電磁場通常被描述為一種作戰武器，但現實生活中的力場卻遠沒有如此酷炫，然而它的作用卻更為顯著，因為它能保護宇航員免受 輻射的傷害，降低其患癌症的機率。 另外，它將取代傳統的防輻射裝置，減輕飛船負荷。
這個“迷你磁場”將來自太陽的大量有害輻射轉移開來，使飛船上的宇航員免受傷害。 它是模擬地球周邊磁場所造，防輻射能力極強，太陽輻射中的帶電粒子在遇到這個無形盾牌後就會被彈回。 它的升級版還能在太陽耀斑爆發之時救人性命，未來還有望用它改變激光方向。
儘管這項科技或許對我們的首次火星探險有幫助，但這段5800萬公里(3600萬英里)的旅程頗為耗能，因此目前尚未將其投入使用。
9.空間太陽能發電站
日本人口稠密，家用電器及機器設備耗電大，但其本土資源又極度匱乏，因此能源危機不日便將捲席日本。 福島核災難又使這個地震頻發的國家對核電的使用心有餘悸。 此外，日本的人口雖是美國加州的三倍，但其領土範圍卻遠不及加州，沒有足夠的空地可用來建立地面太陽能發電站。
幸運的是，日本宇航探索局 (JAXA) 針對能源匱乏問題提出了一項地外解決方案，以減少日本對全球資源的依賴性，即在地球同步軌道上建立一個大型反射鏡。 這個大型反射鏡將收集而來的太陽能儲存在接收器上，再以微波形式傳輸至地球的接收天線。
這項科技創新歷經百年曆史，早在20世紀初期，特斯拉(Tesla)就曾提出無線電力傳輸理論，60年前，人們根據這個理論發明了光電池。 而在軌道上建立太陽能發電站的想法又是一項理論革新，因為在不受大氣妨礙的情況下，太陽能電池將會更為高效持久。 但日本宇航探索局在建立空間太陽能發電站方面還有諸多問題尚待解決，因此日本的空間太陽能發電站擬將在25年後建成。
8.太陽風帆取代燃料或引擎
太陽風帆的應用可能會給宇航動力領域帶來質的飛躍。 相較於昂貴笨重的化學燃料，太陽風帆的優點更顯，它能直接從太空中獲取無盡能量，為自身以及未來飛船提供動力。
太陽風帆將現代尖端科技與古時交通方式融為一體，其展開面積可達1210平方米(13000平方英尺)，它的運行原理類似於古人千年前御風而行的帆船，通過收集太陽周圍離子 所產生的風力來推動飛船行進。
美國宇航局擬在2014年11月發射一艘迄今為止最大的太陽帆飛船，“獵鷹9號”火箭將執行此次發射任務，同時，我們還可將太陽帆飛船作為太空氣象站，以觀測 太陽運動。 飛船的運行則依賴於太陽光子碰撞在風帆上所產生的微小推力，而風帆就能在沒有引擎與燃料的情況下利用這微小的推力為自身以及附屬其上的飛船提供行進的動力。
雖然將要發射的這艘太陽帆飛船的動力只能依賴於作用其上的太陽粒子所產生的推力，但它未來的升級版本卻能發射軌道激光束，這樣就能使收集到的能量更為集中 恆定。 未來數百年裡，興許就會有一艘負載有巨型風帆的宇宙飛船出現，這樣我們只需幾百年時間就可抵達臨近的恆星系統(離我們最近的恆星距我們有4.3光年)。
7.殖民月球而非火星
雖然相較於其他星球，火星的環境較為舒適合宜，似乎是作為人類下一個家園的不二選擇，但其殖民難度遠遠高於以往我們所做的任何事。
那麼我們為什麼還要自找麻煩?相比之下，殖民月球似乎更為可行，一部分原因(也是最顯而易見的原因)是它離地球很近。 距離當然不會是唯一的考量，鑑於火星的地理環境，要實現火星的地球化，我們將會付出艱辛的努力。 而月球的地球化則較為容易，因為月球表面上有許多古時岩漿流造成的巨大地下洞穴。
在月球地殼之下建立的基地可為宇航員提供一個安全的環境，避免輻射、微隕石沖擊、極端溫度以及沙塵暴等危害。 另外，月球上還有大量的隕石坑，這些隕石坑內的溫度、壓強和含氧量都適宜人類生存。
6.使用人造肌肉的新型航天服
麻省理工學院的科研人員一直想找到一種輕便柔軟的服裝來替代傳統的笨重航天服，其材質最好可以媲美阿迪達斯運動服。 未來宇航員需要在星球表面進行一些諸如鏟土掘石的活動，在這種情況下，宇航員只有衣著輕便，才能活動自如。
目前的航天服制約著宇航員的行動，靈活性較低。 麻省理工科學家設計的新型航天服類似於彈力緊身衣，能夠自動收縮，包裹皮膚，同時其內部嵌有微小的肌肉型線圈，可以延緩宇航員的肌肉萎縮。
更為重要的是，這些肌肉型線圈還可以為航天服加壓，而傳統航天服基本上就是一個氣球，你得不斷地向裡面充氣，才能使宇航員在真空環境下存活下來。 由於新型航天服並不需要人為向裡面充氣，因此它也就不再像傳統航天服那樣笨重龐大。
同時新型航天服的特殊材質使其能根據宇航員的身體需要自動調節溫度，甚至在不使用時自動“閉合收縮”。 航天服中的線圈採用的材料是形狀記憶合金——這種靈活且富有彈性的材質能夠“記住”自己的形狀，並在遇熱後恢復原狀，因此宇航員能夠快速穿戴。 另外，這種新型航天服的外形也很漂亮。
5.將冰凍胚胎送入太空
“伊卡洛斯工程”(Project Icarus)提出以胚胎替代宇航員進入太空的計劃，這可能是關於星際航行最瘋狂的設想。 星際航行所需時間過長，而人類壽命有限，遠不足以完成這項偉大工程。
“睡船”(Sleeper Ships)或“種子船”(Seed Ships)將會作為胚胎的巨型冰凍艙，護送胚胎進入太空。 如此一來，人類殖民宇宙的夢想將以冰凍胚胎的形式實現，而且據“伊卡洛斯工程”所預測，如果有需要的話，這些胚胎還能孕育新生命。 這樣我們也就不用擔心飛船速度與太空輻射的問題，同時，也可以避免宇航員再做一些無意義無成效的嘗試。 另外，胚胎一旦進入外太空，就會被移植到人造子宮中進行孵化。
雖然一些主要的太空機構將其視為空想計劃，並未予以重視，而且要實現這項偉大工程，飛船的動力與孩子的撫養問題都亟待解決，但不論怎樣，這都將是一個有趣的研究 課題。
4.在火星或月球上培育植物以供食用
食物供應將是未來太空殖民的一大難題。 如果人類要在太陽系建立“第二家園”，那麼指望地球永恆的食物供給就顯得不切實際，因此“第二家園”的居民必須自給自足。 鑑於此，科學家們曾嘗試在不同類型的外太空土壤中種植一些農作物，並且都取得了不同程度的成功。
這些土壤樣本由美國國家航空航天局(NASA)提供，採樣於地球上火山噴發所生成的土壤，種類多樣，足以模擬月球與火星上的土壤成分。 唯一的區別在於硝氮與氨氮成分的差異，這兩種物質可能有助於改善土質。
科學家們在土壤樣本中移植了不少植物幼苗，種類豐富多樣，包括小麥、胡蘿蔔、番茄和芥末。 他們還在太空中栽種了一些固氮微生物，以此將大氣中游離態的氮元素轉變為生物體能吸收利用的氮元素，因為氮元素對植物生長至關重要。
科學家們還發現有些植物即使在沒有營養素的情況下也能適應外星土壤。 相較之下，火星土質最為適宜，而月球土質最為惡劣。 有趣的是，火星植物的口感甚至要優於控制中心的食物，而控制中心的土壤則採樣於河底。 然而，這項研究仍有困難尚待克服，一方面，外星上的微重力將會使問題複雜化，另外，水分保持也將是一大技術難題，因為在研究時，樣本植物是被栽種 在花盆中的。
3.用激光束“蒸發”來襲小行星，使其偏離運行軌道
雖然迄今為止，地球暫時還沒有被較大一點的行星所襲擊，但行星碰撞地球的問題一直為人類所關注。 並且，太空巨石對地球的周期性碰撞，使我們不得不考慮到，或許在未來的某一天，行星碰撞將會徹底摧毀地球。
有人提出用一顆巨彈將行星炸為碎片，但這個方案明顯不可行，因為爆炸所生成的放射性碎片會飛向地球而不是回到太空中去。 而用高溫激光“蒸發”行星似乎是最佳的解決方案。
科學家們提出了許多激光防禦方案，其中包括“定向太陽能小行星瞄準與探測系統”，簡稱DE-STAR，它有點像一個攤開的巨型書夾式火柴紙板，夾板的一面是吸收光能的太陽能 電池板，另一面則用以集合激光，使其彙為一道強有力的激光束。
令人稱奇的是，這道激光束可以聚焦1.48億千米(0.92億英里，約等於地球到太陽的距離)以外的直徑為30米(100英尺)的小行星。 這就像是給小行星接上了一條長尾巴，而這條“尾巴”會“蒸發”小行星，或使其運行軌跡偏離地球。 但這項計劃過於復雜，可能在30至50年內都不能實現，因為光是這個“巨型書夾式紙板”的其中一面所需長度就約為10千米(6英里)。
2.利用“狐猴”機器人進行太空探測
美國航空航天局所轄的噴氣動力實驗室(JPL)正在研發一批高度靈活的“攀岩”機器人。 這些機器人被統稱為“狐猴”機器人(Lemur Bots)，它們的最大價值在於能夠附著於小行星之上。
雖然人類已經能夠將機器人送上小行星或彗星之上(這是數學史上令人難以置信的壯舉)，但要使機器人成功附著於太空岩石之上且能隨意脫離，則是一個前所未有的新考驗 。 “狐猴”機器人身上安置有許多微小的支撐物，用以固定機器人身體，使其既能牢牢抓住行星表面的立足點，又能輕鬆脫離其上，繼續下一段“旅程”。 其原理類似於維可牢尼龍塔扣(Velcro)。
“狐猴”機器人帶有關節的靈活四肢使其能附著於彗星表面進行長期作業，採集所需樣本。 並且由於它們基本不受重力影響，因此一個大噴嚏就能使其輕易飛離太空。 這些機器人還能被送上火星，使其攀附於熔岩管之上採集樣本進行研究。
1.用於太空制氧的人造樹葉
缺氧環境下的宇航員必死無疑，因此要是我們能找到一種科技含量低的簡易制氧方法，那無疑是航天史上的一大幸事。 英國皇家藝術學院的一名學生Julian Melchiorri就研發了一種能製氧的人造樹葉。
這種人造樹葉是由植物中所萃取的葉綠體合成，猶如一座懸浮於絲蛋白之上的小型生物製氧廠，能將二氧化碳、水和光轉化為人體在太空中所需的氧。 雖然太空中的微重力會對植物生長造成影響，但這種人造樹葉完全不用有此顧慮。
這種人造樹葉還有助於太空環境地球化，因為它如絲般光滑輕盈，能夠被安置在太空中的任何地方。 在太空中生活的宇航員可以將它們堆放在太空艙的牆邊，也可以將其懸掛於艙頂。 它能在任何密閉空間中製造出人類賴以生存的氧氣。