UFO旅行计算器
模拟行星际或星际航行时间、相对论经历时间,以及考虑效率后的能源需求。
计算航天器旅程
设定起终位置、巡航速度、系统效率、持续功率及各加速阶段。
关于UFO航行模型
UFO旅行计算器是一个用于教学的航天器航行模型,灵感来自行星际和星际旅行。它先求起点与目标位置之差的绝对值,再将这段距离除以恒定巡航速度。由于真实航天器无法瞬间达到巡航速度,输入的加速时间会在出发时计入一次,并在抵达目标减速时再计入一次。因此,总坐标时间等于巡航时间加上两个加速阶段。这一刻意简化的模型旨在明确展示假设,而非声称模拟未知的推进技术。
当速度达到光速的较大比例时,相对论效应就变得重要。计算器将速度限制在每秒 299,792.458 千米以下,并计算洛伦兹因子 γ = 1/√(1 − v²/c²)。坐标时间是起始参考系测得的时长。将其除以 γ,可估算匀速运动航天器上的经历时间。在普通航天器速度下,该因子几乎为一,因此两种时间基本相等。接近光速时,旅行者经历的时间会缩短,但起始参考系中的观察者仍会测得完整的坐标时长。
能量结果使用输入的持续功率,而不是根据未指定的航天器质量推算动能。兆瓦乘以运行小时数得到兆瓦时。再除以小数形式的系统效率,即可估算提供该运行功率所需的输入能量。这个量不是推进剂质量。若要将能量换算为燃料,需要指定能量密度、转换过程、储备策略、燃料箱质量,而且通常还需要相对论火箭方程。加速功率也可能与巡航功率相差很大,因此该估值应视为假设透明的情景指标。
真实任务设计要复杂得多。轨迹会在引力作用下弯曲,行星位置不断变化,加速可能持续进行,推进系统还受推力、废热、排气速度和可用能量限制。相对论加速需要对速度随时间的变化进行积分,不能仅仅添加固定时长的阶段。不过,此计算器仍可帮助比较尺度、理解遥远目的地为何难以抵达,并探索速度和效率对假想旅程的影响。它不是超光速或不明飞行器存在的证据,也无法证明工程可行性。实际航天工作应使用经过核实的星历、推进数据、数值轨迹软件及专业任务分析。
太空航行示例
示例采用恒定巡航速度,以及相等的加速和减速时段。
| 旅程 | 坐标时间 | 假设 |
|---|---|---|
| 40 百万 km,速度 50,000 km/s | 巡航时间 0.222 小时 | 简化的火星距离 |
| 4.13 × 10¹³ km,速度 150,000 km/s | 8.73 年 | 半人马座阿尔法星的大致距离 |
| 5 十亿 km,速度 75,000 km/s | 18.52 小时 | 太阳系外围尺度 |
如何模拟旅程
- 以千米为单位输入起点和目标位置。
- 选择大于零且低于光速的巡航速度。
- 输入推进效率、持续功率及单个加速阶段的时长。
- 选择“计算”,比较坐标时间、旅行者时间和输入能量。
常见问题
此计算器支持超光速吗?
不支持。狭义相对论不允许有质量的航天器达到或超过光速,因此输入速度必须低于 c。
什么是旅行者经历时间?
在此恒速模型中,它等于坐标时间除以洛伦兹因子,表示运动航天器上的理想化固有时间。
所需能量等于燃料质量吗?
不等于。结果是考虑效率后的电能或系统能量,单位为兆瓦时;燃料质量则需要指定能量密度和推进模型才能求得。
为什么加速时间计算两次?
模型为加速和减速各预留一个等长时段。这只是简单的时间补偿,并未对变化的速度曲线进行积分。
它能规划真实太空任务吗?
不能。真实任务需要轨道力学、变化的天体位置、推进约束、热分析及经过验证的轨迹软件。