Warpantrieb
Inhaltsverzeichnis
Allgemeines
Der Warpantrieb ist mit Sicherheit die bedeutendste technologische Errungenschaft der Menschheit seit der Erfindung des Rades. Er gestattet es, mit Überlichtgeschwindigkeit zu reisen und persönlichen Kontakt mit außerirdischen Zivilisationen aufzunehmen. Zeiteffekte treten dabei nicht auf.
Theoretische Grundlagen
Der Physiker Miguel Alcubierre stellte 1994 als erster eine wissenschaftliche Theorie auf, nach der das Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit möglich sein sollte. Sie wird durch die Feinheiten von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ermöglicht. Alcubierre nahm die Raumzeit (Vereinigung der drei Raumdimensionen mit der Zeitdimension) nicht wie Einstein als ein Inertialsystem an, sondern als einen dynamischen Komplex. Dies ließe sich ausnutzen, um vor einem Raumschiff die Raumzeit zu kontrahieren und hinter dem Raumschiff zu dehnen. Die Raumkrümmung würde dann das Schiff vor sich hertreiben wie einen Surfer auf einer Welle. Alcubierre wies mathematisch nach, dass dieser Mechanismus nicht im Widerspruch zu Einsteins spezieller Relativitätstheorie steht. Diese postuliert die Lichtgeschwindigkeit (c = 299 792 458 m/s) als die höchste erreichbare Signalgeschwindigkeit. Das Licht bewegt sich dabei auf geraden Bahnen innerhalb der Raumzeit, allerdings kann die Raumzeit in sich durch das Vorhandensein von Energie (Masse) gekrümmt sein. Lokal würde c nicht überschritten, da sich die Raumzeit selbst bewegt. Miguel Alcubierre wies ebenfalls mathematisch nach, dass die Beschleunigung, die auf einen Astronauten in einem solchen Raumschiff gleich Null wäre und er keiner Zeitdilatation (Dehnung) unterworfen wäre. Basierend auf diesen Theorien fertigten Zefram Cochrane und sein Team im Jahre 2061 einen Prototypen (für einen Testflug) an, um schließlich am 4. April des Jahres 2063 ein Feld zu generieren, das den Raum hinreichend verzerrte, um mit dem Flugkörper namens Phoenix einen Warpflug zu vollziehen. Spätere Weiterentwicklungen ermöglichten es, mehrere Lagen von Feldern zu überlagern und somit den Effekt zu verstärken. Die Überlagerung verursacht zusätzlich zur Ansammlung von Energie, um den Raum zu krümmen, einen Effekt, der die Masse reduziert und es so dem Raumschiff erleichtert, durch die aufeinanderfolgenden Schichten von Feldenergie zu gleiten.
Aufbau eines Warpantriebs
Beim Warpantrieb muss eine unvorstellbare Anzahl von Bauteilen perfekt zusammenarbeiten, um dieses technologische Wunder zu vollbringen. Daher muss er ständig überwacht und gewartet werden. Die Hauptkomponenten sind:
Materie- und Antimaterielager
Als Materie dient Deuterium, das bei einer Temperatur von 13,8 Kelvin halbfest in Deuteriumtanks gelagert wird. Als Antimaterie dient Antideuterium, das in speziellen Antimateriebehältern von Kraftfeldern umgeben gelagert wird.
Materie-/Antimateriereaktionskammer
Das Deuterium wird aus den Deuteriumtanks abgepumpt und in den Materieinjektor geleitet. Dasselbe geschieht mit Antideuterium, das in den Antimaterieinjektor geleitet wird. Magnetische Querschnittsverenger fokussieren die Strahlen und leiten sie in einen Dilithium-Kristall, in dem unter kontrollierten Bedingungen eine gegenseitige Auslöschung von Materie und Antimaterie stattfindet. Die durch die Fusion freigewordene Energie erzeugt ein Elektroplasma, das durch spezielle Energie-Transferleitungen zu den Warpgondeln geleitet wird.
Warpgondeln
In den Warpgondeln reagiert das Elektroplasma mit den Warpfeldspulen, es wird in Zyklen zwischen 25 ns und 50 ns injiziert. Die sequentielle Befeuerung bewirkt eine asymmetrische Geometrie der Feldschichten. Diese wechselwirken mit dem Subraum, so dass eine Raumzeit-Verzerrung (=Warpfeld) um das Schiff entsteht, die wiederum das Schiff vorantreibt. Aufgrund des Quantenwiderstands muss eine kontinuierliche Energiezufuhr erfolgen, um Überlichtgeschwindigkeiten aufrecht zu erhalten.
Triebwerkseinsatz und -sicherheit
Das Warpantriebssystem wird pausenlos überwacht und gewartet, um dessen ständige Einsatzbereitschaft sicherzustellen. Instandhaltungsarbeiten am eigentlichen Warpkern können jedoch nur auf Sternbasen und Werften vorgenommen werden. Der typische Wartungszyklus für Kerninspektionen beträgt 10 000 Betriebsstunden, was deutlich unterhalb der MTBF (»mean time between failure« = mittlere Zeit zwischen Ausfällen) liegt. In das Warpantriebssystem sind zahlreiche Sicherheitseinrichtungen und Sensoren integriert, die Probleme frühzeitig erkennen und verhindern sollen.
Die Kontrollsoftware ist so programmiert, dass sie Entscheidungen zum größtmöglichen Schutz der Systeme und damit der Crew trifft. In Krisensituationen kann das Sicherheitsprotokoll übergangen werden, das technische Personal ist jedoch dazu angehalten, Entscheidungen zu treffen, die das System so wenig wie möglich gefährden oder gar schädigen.
Bei Ausfall des Warpantriebs während des Überlichtflugs kollabieren die Warpfelder aufgrund mangelnder Energiezufuhr selbständig und bremsen des Schiff auf Unterlichtgeschwindigkeit ab. Tritt ein Notfall ein, so dass die Kontrollsoftware das System automatisch herunterfährt (z.B. weil Druck und Temperatur im Warpkern zu hoch wurden), wird automatisch die Plasmazufuhr zu den Warpfeldspulen unterbrochen, die Reaktant-Injektoren werden geschlossen und die Gase in den Raum abgepumpt. Innerhalb von ca. 600 Sekunden ist der Kaltzustand des gesamten Systems erreicht. Tritt eine Zerstörung sicherheitsrelevanter Systeme ein, treten automatisch Sicherheitsprotokolle in Kraft, die die Versiegelung der M/AM-Reaktionskammer und deren Zuführungen mit ringförmigen Not-Eindämmungsfeldern (Not-RES), die Evakuierung des Maschinenraumbereichs und das Schließen der Sicherheitsschotts vorsehen. Ist das Druckgefäß so stark beschädigt, dass sogar ein Bruch des Sicherheitskraftfeldes besteht oder ist das strukturelle Integritätsfeld inaktiv, wird der Abwurf des gesamten Warpkerns und eventuell der Antimaterievorratskapseln ausgelöst.
Warpgeschwindigkeiten
Nach der Theorie des Kontinuums-Distortions-Antriebs sind theoretisch beliebige endliche Geschwindigkeiten möglich. Eugenes Grenzwert definiert eine Warpverzerrung < 10, wobei die Geschwindigkeit als linksseitigen Grenzwert Unendlich annimmt. Warp 10 stellt damit die höchste Geschwindigkeit dar, die theoretisch gerade nicht mehr erreicht werden kann. In der Praxis sind die technischen Möglichkeiten weit vorher erschöpft. Warpgeschwindigkeiten größer 10 sind nicht definiert. Man beachte, dass es weiterhin beliebig hohe Geschwindigkeiten gibt, allerdings heissen diese jetzt nicht mehr - wie nach der alten Skala - Warp 14 oder höher, sondern Warp 9,9, Warp 9,94 oder Warp 9,975 und so weiter. Bis Warp 9 entspricht dem Warpfaktor w näherungsweise die w 10/3-fache Lichtgeschwindigkeit. Jenseits von Warp 9 ist die Formel wesentlich komplizierter: Man muss Korrekturglieder hinzufügen, um auf die asymptotische Steigerung zu kommen. Hier gilt die Formel:
V/c = w((10/3) + a· (-ln(10-w))n)+f1·((w-9)5)+f2·((w-9)11) Wobei wiederum dem Warpfaktor w die V/c-fache Lichtgeschwindigkeit entspricht. Die Parameter a, n, f1 und f2 entsprechen der Subraumfelddichte, dem elektromagnetischen Fluss und den Cochraneschen Refraktions- und Reflektionsindizes; typische Werte im freien Raum sind a=0,0026432, n=2,879267, f1=0,0627412 und f2=0,325746.
Diese Tabelle ist aus dem Star Trek: Voyager Technical Guide v1.0, Copyright Paramount Pictures, Inc. Bitte nur für kreative und nichtkommerzielle Zwecke verwenden.
| Geschw. | km/h | c | Von Erde zum Mond: 400.000 km | Durch das Sonnensystem: 12 Mrd. km | Zwischen nahen Sternen: 5 LJ | Durch einen Sektor: 20 LJ | Durch die Föderation: 10.000 LJ | Durch die Milchstraße: 100.000 LJ | Zu einer anderen Galaxis: 2 Mio. LJ |
| Std-Orbit | 9.600 | niedr. UL | 42 Std | 142 J | 558.335 J | 2 Mio J | 1,12 Bio J | 11,17 Bio J | 223,33 Bio J |
| Voll. Impuls | 270 Mio | 0,25 | 5,38 Sek | 44 Std | 20 J | 80 J | 40.000 J | 400.000 J | 8 Mio J |
| Warp 1 | 1080 Mio | 1 | 1,34 Sek | 11 Std | 5 J | 20 J | 10.000 J | 100.000 J | 2 Mio J |
| Warp 2 | 11,3 Mrd | 10 | 0,13 Sek | 1 Std | 6 Mon | 3 J | 992 J | 9.921 J | 198.425 J |
| Warp 3 | 42 Mrd | 39 | 0,03 Sek | 17 Min | 2 Mon | 1 J | 257 J | 2.568 J | 51.360 J |
| Warp 4 | 110 Mrd | 102 | N/M | 7 Min | 18 Tage | 2 Mon | 98 J | 984 J | 19.686 J |
| Warp 5 | 230 Mrd | 214 | N/M | 3 Min | 9 Tage | 1 Mon | 47 J | 468 J | 9.357 J |
| Warp 6 | 423 Mrd | 392 | N/M | 2 Min | 5 Tage | 19 Tage | 25 J | 255 J | 5.096 J |
| Warp 7 | 707 Mrd | 656 | N/M | 1 Min | 3 Tage | 11 Tage | 15 J | 152 J | 3.048 J |
| Warp 8 | 1104 Mrd | 1.024 | N/M | 39 Sek | 2 Tage | 7 Tage | 10 J | 98 J | 1.953 J |
| Warp 9 | 1,64 Bio | 1.516 | N/M | 26 Sek | 27 Sek | 5 Tage | 7 J | 66 J | 1.319 J |
| Warp 9,2 | 1,77 Bio | 1.649 | N/M | 24 Sek | 1 Tag | 4 Tage | 6 Jahre | 61 Jahre | 1.213 J |
| Warp 9,6 | 2,06 Bio | 1.909 | N/M | 21 Sek | 23 Std | 4 Tage | 5 J | 52 J | 1.048 J |
| Warp 9,975 | 3,28 Bio | 3.053 | N/M | 13 Sek | 14 Std | 2 Tage | 3 J | 33 J | 655 J |
| Warp 9,99 | 8,5 Bio | 7.912 | N/M | 5 Sek | 6 Std | 22 Std | 1 J | 13 J | 253 J |
| Warp 9,9999 | 216 Bio | 199.516 | N/M | 0,2 Sek | 13 Min | 53 Min | 18 Tage | 6 Mon | 10 J |
Anmerkungen
Maximum Impuls meint wohl nicht das gleiche wie voller Impuls. Voller Impuls ist laut den Referenzwerken auf 0,25 Lichtgeschwindigkeit beschränkt, Maximum Impuls liegt bei 0,92 Lichtgeschwindigkeit. Nicht in Physikklausuren verwenden. Vielen Dank an Michael Okuda und Rick Sternbach fürs Ausrechnen.
Copyright
Quelle: SFG-Archiv, RKOM
