Propulsione warp (o curvatura)
Sistema propulsivo

Introduzione

Secondo la Teoria della Relativita' Generale , nessun corpo in movimento puo' raggiungere una velocita' maggiore di quella della luce nel vuoto (circa 300.000 Km al secondo).

Il motore a curvatura , pur consentendo di raggiungere destinazioni lontane innumerevoli anni-luce in periodi molto brevi , non contravviene di fatto a tale teoria in quanto appartenente alla classe dei propulsori "non newtoniani ".

In pratica , il motore a curvatura non opera seguendo i normali schemi " azione-reazione " e , quindi , non da' luogo ad emissioni energetiche atte a sospingere un vascello fluttuante nello spazio ; cio' che invece sta alla base del funzionamento di questo tipo di motore e' , come dice il nome stesso , la Curvatura Spaziale : si provi a pensare all'universo come se questo fosse soltanto di un semplice foglio di carta ; si immagini poi di prendere una matita e di segnare con essa due punti sul foglio , uno in prossimita' del margine inferiore ( punto di partenza ) e l'altro nelle vicinanze del margine superiore ( punto d'arrivo ) ; si uniscano i due punti con una linea che sia piu' corta possibile ( vale a dire una retta ) e si sara' arrivati a creare la rappresentazione del percorso piu'breve che un vascello potrebbe compiere viaggiando " su di un foglio piano " , vale a dire in cio' che si definisce "Spazio Normale ".

Tenendo presente il fatto che , per le ragioni relativistiche citate in precedenza , un corpo viaggiante nello spazio normale non puo' mai superare la velocita' della luce , si capisce facilmente che un vascello spaziale che tentasse di raggiungere il famoso "Punto d' Arrivo " seguendo un percorso rettilineo all' interno dello spazio normale non potrebbe , per forza di cose , compiere piu' di un anno-luce per anno di viaggio .

Ora , dato che una galassia ha un diametro medio di alcune decine di migliaia di anni-luce , risulta subito chiaro che raggiungere una stella muovendosi nello spazio normale e' un impresa a dir poco ardua .
Torniamo ora al nostro foglio di carta , pieghiamolo a meta' in senso trasversale e misuriamo , adesso , la distanza tra il punto di partenza e il punto d'arrivo : essendo in questo caso coincidenti , i due punti sono separati da una distanza pari a zero , e quindi pari a zero risulta essere anche il tempo necessario per compiere il tragitto fra i due punti stessi .

Il motore a curvatura agisce esattamente in modo analogo , curvando lo spazio attorno al vascello spaziale in modo da diminuire la distanza esistente fra questo e il punto d'arrivo . Durante i viaggi a curvatura , la nave abbandona lo spazio normale e si trasferisce in una sorta di "spazio curvo " , denominato subspazio , riconiscibile perche' le stelle al suo interno non appaiono piu' come dei punti luminosi , bensi' assumono la caratteristica forma di "striscia luminosa ".

Di fatto, il grado di curvatura dello spazio e' direttamente proporzionale al livello di potenza cheil motore a curvatura puo' sviluppare : cio' significa che , a differenza di quanto spiegato usando l'esempio del foglio piegato , nella realta' il punto di partenza e quello d'arrivo non giungono mai a toccarsi , ma ci si limita a ridurre la distanza fra di essi realizzando curvature spaziali piu' o meno accentuate .

I diversi gradi di curvatura , in pratica assimilabili a diverse velocita', vengono indicati utilizzando una "Scala di Curvatura " che va da 1 a 10 . Il valore 1 e' in pratica uguale alla velocita' della luce , mentre il valore 10 ( punti di partenza e d'arrivo coincidenti ) e' solo teorico, in quanto il suo raggiungimento richiederebbe una dose infinita di potenza , oltre a portare ad occupare contemporaneamente TUTTI i punti dello spazio.




Principio della Relatività Generale

Un oggetto dotato di massa non nulla, per raggiungere la velocità della luce, necessita di un'energia infinita.



Funzionamento

Nel reattore materia-antimateria vengono fatti reagire deuterio e antiidrogeno sotto il controllo di un cristallo di dilitio. L'annichilazione crea un flusso di plasma energetico, che tramite le condotte di potenza (Power Transfer Conduits) viene incanalato verso le gondole di curvatura (Warp Nacelles), dove va ad alimentare le bobine di campo di curvatura (Warp Field Coils). Esse creano un campo multiplo di curvatura che distorce lo spazio attorno alla nave (Continuum Distortion Propulsion), e che in tal modo permette di superare la velocità della luce e fornisce la propulsione.

Dilitio
L'unico materiale che in particolari condizioni risulta trasparente all'antimateria.

Annichilazione
Il contatto tra materia e antimateria genera energia enorme ed emissione di fotoni.




Il periodo pre-Warp

Prima dei motori warp, c'erano i motori ad impulso.
I motori ad impulso sono ciò che ha permesso ai primi esploratori di raggiungere Alpha Centauri dalla Terra. Si basano sul principio newtoniano dell'azione-reazione.
L'energia ottenuta dai reattori a fusione viene utilizzata per convertire il deuterio in plasma ed espellere il plasma per mezzo di campi di forza.
I motori ad impulso vengono utilizzati anche come generatori di energia per la nave. Ovviamente l'accelerazione è piuttosto scarsa e la massima velocità raggiungibile è prossima alla velocità della luce.

Dopo lunghi periodi di accelerazione, i più potenti motori ad impulso, possono raggiungere velocità prossime a quella della luce. Comunque, a causa della dilatazione del tempo prevista dalla teoria della relatività, le grandi velocità ad impulso non erano utilizzate se non in condizioni di emergenza. Le normali operazioni a velocità ad impulso erano limitate ad una velocità di circa 0,25c. Una delle prime navi equipaggiate con i motori ad impulso, l'incrociatore SS Valiant, attraversò un wormhole e arrivò ai confini della galassia, per non fare più ritorno.



I primi motori Warp

Lo scopritore dei principi della propulsione warp è Zefram Cochrane. In breve, campi a forma singola creati da energie molto potenti, possono deformare il continuum spazio-temporale in modo tale da muovere una nave stellare.
Il primo motore CDP (Continuum Distorsion Propulsion, propulsione a distorsione del continuum), che poi sarebbe diventato il motore warp, fu completato dal gruppo di Cochrane nel 2061 e venne denominato fluctuation superimpeller.
L'apparato era costituito da una fonte di energia a fusione accoppiata ad una bobina di generazione di distorsione subspaziale.
I test senza equipaggio mostrarono che il dispositivo permetteva di viaggiare alla velocità della luce senza essere soggetti ai limiti imposti dalle leggi della relatività.

Ciò che quel propulsore warp fece fu di creare un passaggio tra lo spazio einsteiniano e il subspazio. Il passaggio era comunque instabile per mancanza di sufficiente energia. Comunque, la sonda era capace di muoversi nel passaggio e restarvi per il tempo di Planck (1,3 x 10^-43 sec). La sonda allora fluttuava avanti e indietro, poiché la distorsione subspaziale esercitava una forza troppo elevata per l'energia impiegata.
L'effetto utile era che la sonda viaggiava alla velocità della luce senza spendere energia infinita, come postulato dalla Teoria della Relatività Ristretta di Einstein.
I motori CDP furono presto impiegati su tutte le navi.
La squadra di Cochrane andò su Alfa Centauri su una nave mossa da motori CDP, dove continuarono le loro ricerche.
Il viaggio durò solamente quattro anni.
L'unità di misura della distorsione spaziale e subspaziale è il Cochrane, in memoria di Zefram Cochrane, che morì a circa 80 anni.



Il miglioramento dei motori Warp

Sebbene i motori CDP deformassero lo spazio, non potevano mantenerlo in quella condizione, le ricerche si sforzarono di ridurre il rapporto energia/volume per generare maggiore energia e mantenere stabile la distorsione. Non si trovavano modi per la produzione di una sufficiente quantità di energia finché non si trovò la risposta, l'antimateria.

Le ricerche avevano determinato da tempo che l'annichilazione materia-antimateria produce una gran quantità di energia.
Tuttavia, il pericolo potenziale era così grande che la ricerca in questo campo andò abbastanza a rilento finché non si fu in grado di controllare la gravità artificiale e l'antimateria poté essere confinata e controllata senza rischi. La reazione tra materia e antimateria produce fotoni, che, catturati, sono poi utilizzati per generare il campo subspaziale tramite apposite bobine.
Fu misurato che i motori CDP usavano approssimativamente 5 x 10^4 megajoules per viaggiare alla velocità della luce. L'antimateria poteva fornire da 10 a 100 volte quell'energia nello stesso volume.
Gli studiosi cominciarono a disquisire su cosa sarebbe accaduto una volta che il campo di distorsione del continuum si fosse mantenuto; molti ritenevano che l'utilizzo di energia sarebbe calato una volta creato il campo.
La sonda che utilizzava l'energia fornita dall'antimateria fu approntata e lanciata e rivelò sorprendenti novità: una volta che si è superata la velocità della luce, l'utilizzo di energia scende circa a 2 x 10² megajoules.
Tentativi di aumentare la distorsione subspaziale oltre quel punto crearono una relazione approssimativamente cubica tra l'energia applicata e la portata della distorsione subspaziale, che apparentemente aveva effetto sulla velocità.
La sonda una volta superò perfino la velocità di 30c. L'energia consumata era circa 3,1 volte quella utilizzata alla velocità della luce.

Studi successivi mostrarono che la sonda generò campi subspaziali, chiamati poi campi warp.
Il campo creato è asimmetrico ed esercita delle forze in alcune direzioni.
La sonda si muove per mezzo della reazione a tali forze.
Per misurare la velocità quando si viaggia oltre c fu introdotta una nuova unità di misura, detta Fattore di Tempo Warp che deve il suo nome alla deformazione spazio-temporale creata dai propulsori.
Basandosi sulla relazione empirica stabilita durante i test con la sonda, la squadra di Cochrane decise di creare una scala con la velocità della luce come punto di riferimento.
Basandosi sulla proporzionalità tra l'energia consumata e la velocità apparente, derivarono una semplice formula

v = w³ c

dove v è la velocità in multipli di c e w è il fattore tempo warp.
Successivamente il tempo fu eliminato per semplicità e i fattori furono conosciuti come fattore warp, o più semplicemente warp.
Il campo subspaziale, ora stabile, venne chiamato con il termine familiare campo warp, la cui unità di misura è il cochrane, definito come la quantità di deformazione a warp 1, o c.
La sonda originale a forma di sigaro sbandò notevolmente durante l'ingresso nello spazio warp. L'analisi della sua telemetria condusse a esperimenti con vari tipi di geometria.
Alla fine, si scoprì che gli scafi a disco facilitavano l'entrata nel subspazio .
Le navi progettate in seguito sono state per lo più fornite di uno scafo primario con quella forma.



La prima nave della Federazione dotata di propulsori warp fu la Bonaventure, che scomparve alcuni anni dopo in una missione esplorativa.
Ben presto furono apportate delle migliorie.
Invece di una singola bobina che generava un solo campo, venne utilizzato un sistema multiplo di bobine che generava campi multipli.
Ogni campo era proiettato dalla nave, che premeva su ognuno solamente in certe direzioni, perciò la nave si muoveva nella direzione opposta.
Variando la frequenza di generazione dei campi e l'orientamento degli stessi si potevano così controllare la velocità e la direzione della nave.
D'altra parte, utilizzando bobine multiple e variando la frequenza con cui erano alimentate, si potevano ottenere diversi valori di accelerazione.
Le astronavi di classe Galaxy possono passare da warp 0 a warp 9 in meno di un secondo alla massima accelerazione.
In ogni caso c'erano dei limiti, il primo imposto dalle tecnologie di fabbricazione: le bobine che generavano il campo subspaziale non potevano superare determinate dimensioni, le quali ponevano limitazioni alle dimensioni massime del campo generato e quindi alla stazza della nave.
In secondo luogo, all'aumentare della velocità aumenta la compressione subspaziale, il che significa maggior energia necessaria per generare lo stesso campo subspaziale alle alte velocità. Le navi ad antimateria potevano raggiungere una velocità massima di warp 4 (pari a 256c) a causa della carenza di energia.
Il limite del fattore 4 è noto come la prima barriera warp, dal momento che i ricercatori ritenevano che finché non si fosse effettuato un passo avanti, non ci sarebbe stato modo di superare tale velocità proprio a causa dei limiti di energia disponibile.
Un secondo era quello di rendere sicure le reazioni tra materia e antimateria: solamente un piccolo quantitativo di quest'ultima sarebbe stato iniettato nella camera di reazione in modo da mantenere sotto controllo la reazione. Questo ritmo lento di iniezione nella camera di reazione aggiunse un limite alla velocità raggiungibile e all'accelerazione massima delle navi.



Motori warp di The Next Generation

Oltre alla maggiore efficienza e al miglior controllo dell'intermix, non ci sono più stati migliorie nei motori warp di The Next Generation, né se ne prevedono.
La velocità massima è di warp 9,99, e una nave stellare può mantenere tale velocità solamente per pochi minuti. Il consumo di antimateria è talmente elevato che il sistema di raffreddamento non può sopperire alle necessità per troppo tempo.
Per contro, l'accelerazione è stata di gran lunga migliorata.
Utilizzando bobine di campo multiple, ogni bobina genera il proprio campo subspaziale, quindi può essere creato un vasto spazio di deformazione subspaziale permettendo una migliore accelerazione.
Le navi stellari di classe Galaxy possono accelerare da 0 a warp 9 in meno di 1 secondo.


Funzionamento dei motori warp

La parte propulsiva dei motori warp è situata nelle due gondole gemelle ed è formata da una serie di WFC, su ognuna delle quali si trova un PIS; inoltre ogni gondola dispone anche di un sistema di separazione di emergenza formato da 10 gruppi di bulloni esplosivi che possono allontanare la gondola in caso di emergenza alla velocità di 30 m/s.
Le caratteristiche strutturali delle gondole sono simili a quelle del resto della nave, in aggiunta abbiamo tre strati interni di cortenide di cobalto che garantiscono la protezione contro gli elevati stress strutturali causati dal campo warp.
Gli iniettori del PIS (uno per ogni WFC) sono in duranide di arkenio e contengono una struttura monocristallina di ferrocarbonite con costrittori magnetici toroidali in serrite di nalgezio. I controlli operativi e i dati delle letture di stato dell'iniettore sono garantiti da dodici connessioni ridondanti con l'ODN della nave.
I piccoli ritardi indotti dal trasferimento dati sull'ODN sono automaticamente corretti da un apposito software che garantisce alla sezione tecnica di operare in realtime sugli iniettori. Il ciclo di apertura e chiusura degli iniettori varia da 25 a 50 nanosecondi; ogni iniettore espone il WFC ad una scarica di energia che viene convertita in campo warp.
I WFC sono gli effettivi generatori del campo warp.
Ogni emiciclo dei WFC misura 9,5 x 43 metri ed ha un nucleo in lega di tungsteno cobalto e magnesio densificati avvolto da uno strato in cortenide di verterio densificato elettricamente.
Una bobina completa misura quindi 21 x 43 metri con una massa di 34.375 tonnellate.
Due set completi di diciotto bobine l'uno hanno una massa di 1.230.000 tonnellate, che costituisce il 25% della massa complessiva della nave.
Quando è investito dal flusso di plasma, il cortenide di verterio di una bobina provoca il trasferimento dell'energia dal plasma al dominio subspaziale; i pacchetti quantici dell'energia del campo subspaziale si formano a circa un terzo della distanza tra la parte interna della bobina e quella esterna e irraggia verso l'esterno della bobina. L'effetto propulsivo è ottenuto da tre fattori.
In primo luogo la deformazione del campo è controllabile sull'asse poppa-prua.
Dal momento che gli iniettori emettono il plasma in sequenza, i piani dei campi warp vengono creati di conseguenza e premono l'uno sull'altro.
Le forze cumulative dei campi warp riducono la massa apparente della nave, imprimendo la velocità desiderata.

Il punto critico di transizione lo si ha quando, per un osservatore esterno, la nave supera c; quando l'energia del campo warp raggiunge i 1000 millicochranes, la nave sembra che oltrepassi la barriera di c in un tempo minore del tempo di Planck, permettendo alla nave di non avere mai una velocità pari a c. Le tre bobine più a prua di ognuna delle due gondole operano con un leggero spostamento di frequenza rispetto alle altre per rinforzare il campo warp che contiene la sezione a disco e per facilitare la creazione della simmetria del campo warp che permette il movimento della nave.
In secondo luogo la coppia di gondole permette di creare due campi bilanciati che interagiscono per permettere alla nave di manovrare.
La nave può manovrare introducendo dei ritardi nell'attivazione degli iniettori che modificano la geometria del campo warp.
Infine la conformazione dello scafo si adatta perfettamente alla conformazione del campo warp.
Durante la separazione della sezione a disco, un apposito software modifica il controller del campo warp per aggiustare la geometria del campo warp.



Note

WFC
Warp Field Coils - Bobine del campo Warp.

PIS
Plasma Injection System - Sistema di iniezione del plasma.

ODN
Optical Data Network - Rete ottica per il trasferimento dati all'interno della nave.

Tempo di Plank
1,3E-43 (ovvero 1,3 moltiplicato 10 elevato alla -43esima potenza) secondi



La tabella che segue illustra le velocità warp

Velocità	Miglia all'ora	Rispetto alla velocità della luce	Terra-Luna (250,000 miglia)	Attraversare un settore (20 anni luce)	Per attraversare la galassia (2,000,000 di anni luce)
Orbita standard	5.000	0.00001	42 ore	2.000.000 anni	223.33 Bilioni di anni
Pieno impulso	167 milioni	0.25	5,38 secondi	80 anni	8.000.000 anni
warp 1	670 milioni	1	1,34 secondi	20 anni	2.000.000 anni
warp 2	7 bilioni	10	0,13 secondi	3 anni	198.425 anni
warp 3	25 bilioni	39	0,03 secondi	1 anni	51.360 anni
warp 4	68 bilioni	102	0,0133 secondi	2 mesi	19.686 anni
warp 5	143 bilioni	214	0,00629 secondi	1 mese	9.357 anni
warp 6	263 bilioni	392	0,00343 secondi	19 giorni	5.096 anni
warp 7	439 bilioni	656	0,00205 secondi	11 giorni	3.048 anni
warp 8	686 bilioni	1,025	0,00131 secondi	7 giorni	1.953 anni
warp 9	1,02 trilioni	1,516	0,000886 secondi	5 giorni	1.319 anni
warp 10	infinito	infinito	0	0	0

Nota: Warp 10 è irraggiungibile. Una nave che viaggi a Warp 10 dovrebbe occupare tutti i punti dell'universo contemporaneamente, ciò è impossibile.