系外行星旅行規劃計算器
估算星際旅行的相對論航行時間與太空船動能。
規劃星際任務
輸入單程距離、巡航速度與太空船質量。
關於系外行星旅行規劃
系外行星旅行規劃器將恆星之間的巨大距離轉換為任務尺度的估算。光年是光在一個儒略年內行進的距離,因此,以固定光速比例飛行的太空船,其地球參考系航行時間可直接以光年距離除以該速度比例求得。距離為 4.37 光年的目的地,以光速的 10 百分比前進需 43.7 年。這個理想化關係適合在加入詳細軌跡階段前比較推進構想。
高速下,狹義相對論會改變太空船內經歷的時間。計算器運用洛倫茲因子顯示旅行者的固有時間。地球觀測者仍量得較長的座標時間,而隨太空船移動的時鐘累積較少時間。在一般太空船速度下,差異很小;巡航速度接近光速時,差異則相當明顯。任何具有質量的太空船都無法恰好達到光速的 100 百分比,因此輸入速度必須低於此上限。
能量估算採用相對論動能,而非古典的二分之一質量乘以速度平方。它代表將輸入質量的太空船從靜止加速至巡航速度所需的能量。實際任務還需要額外能量來減速、彌補轉換損失、運作船上系統,也可能需要加速推進劑。因此,顯示值是物理基準,並非完整燃料預算。將能量換算成推進劑需求,還須指定引擎效率與排氣模型。
可在一致假設下,用這些結果比較目的地、巡航速度與太空船質量。模型假設以固定巡航速度沿直線移動,省略加速時間、重力機動、星際阻力、導航裕度與通訊延遲規劃。真正的任務設計需要速度剖面、推進架構、屏蔽分析、可靠度計畫與生命維持策略。即便如此,本計算器仍能快速呈現核心取捨:相對論速度稍微提高,便可能縮短旅行者時間,但所需動能會急遽上升。
星際旅行範例
以下地球參考系時間假設巡航速度固定,且不含加速或煞車階段。
| 目的地 | 巡航速度 | 地球參考系時間 |
|---|---|---|
| 比鄰星,4.24 ly | 光速的 10% | 42.4 年 |
| 巴納德星,5.96 ly | 光速的 20% | 29.8 年 |
| TRAPPIST-1,39.5 ly | 光速的 50% | 79 年 |
如何使用系外行星旅行規劃器
- 輸入前往目的地的單程距離,單位為光年。
- 以光速百分比輸入巡航速度。
- 輸入被加速太空船的質量,單位為公斤。
- 選擇「計算任務」,比較地球時間、旅行者時間與能量。
常見問題
計算器是否包含加速與減速?
不包含。模型假設太空船全程以選定的巡航速度飛行,因此真實任務會花更久。
為什麼旅行者時間比地球時間短?
狹義相對論預測移動中的太空船會出現時間膨脹。速度占光速的比例越高,效應越明顯。
動能就是所需的燃料能量嗎?
它只是太空船在巡航速度下的理想動能。推進效率損失、推進劑動量、煞車與船上供電都會增加實際需求。
太空船能以光速的 100 百分比飛行嗎?
有質量的太空船無法達到光速,因為所需能量趨近無限大。因此,規劃器只接受低於光速 100 百分比的速度。
太空船質量包含哪些部分?
請使用被加速物體的總質量,包括結構、酬載、乘員系統與相關推進劑。動能會隨質量成正比變化。