Kapitel 1: Kontinuumsdistorsionsantrieb

Abb. 1: Maschinenraum einer Sovereign-Klasse

Der Warpkern, die Hauptenergiequelle an Bord von Raumschiffen oder Sternenbasen, er liefert ca. 75% der benötigten Energie und ist ungefähr eine Million mal leistungsstärker als die Fusionsreaktoren des Impulsantriebssystem. Umgangssprachlich wird der Warpkern als Warpreaktor, zentraler Triebwerkskern oder halt Warpkern bezeichnet. Im Wissenschaftlichen gebrauch unter Ingenieuren lautet die Bezeichnung Materie-Antimaterie-Reaktionskomplex, kurz MARK. Der MARK besteht aus 4 Subsystemen: Reaktionsmasse-Injektoren magnetische Konstruktions-Segmente die Materie- / Antimaterie- Reaktionskammer und den energetischen Transferleitungen. Am oberen Ende des MARK findet man die Materie oder Deuterium- Injektoren, die Antimaterie- oder Antideuterium- Injektoren sind am unteren Ende angebracht. Diese beiden Komponenten versorgen den Kern mit einem kontrollierten Reaktionsmassestrom. ACHTUNG ! Der Umgang mit Antimaterie erfordert große Vorsicht, denn bei jeglichem Kontakt mit normaler Materie kommt es zu einer verheerenden Reaktion zwischen den beiden Komponenten welche sich in einer Explosion manifestieren. Hierbei spricht man von einer sog. Kettenreaktion. Gelingt es nun solche Kettenreaktionen durch Magnetfelder zu kontrollieren und durch Dilithiumkristalle zu fokussieren erhält man genug Energie um ein Raumschiff, mit Hilfe eines Warpfeldes, auf Überlichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Materie und Antimaterie werden durch sogenannte magnetische Konstriktions-Segmente, kurz M.K.S., geleitet und dort von den Konstruktionsspulen zusammengepresst. Diese Spulen arbeiten genauso wie die Transportsegmente magnetisch um einen gefahrlosen Transport der Reaktionsmasse zu gewährleisten. Diese Vorgehensweise ermöglicht es das sich Materie und Antimaterieströme im Zentrum des MARK treffen. Im MARK befindet sich der Dilithiumkristall-Gelenkramen welcher die Kontrolle der Materie- / Antimaterie- Reaktion ermöglicht. Dilithium ist das einzige bekannte Element welches nicht mit der Antimaterie reagiert welche man in Sternenflottenschiffen verwendet. Dies liegt an der bemerkenswerten Eigenschaft des Kristalls. Setzt man die Dilithiumkristalle einem hochfrequenzen-elektromagnetischen- Impuls in Megawattgröße aus so werden sie für die Antimaterie vollkommen durchlässig. Der Dynamofeld-Effekt, welcher durch die Eisenatome im inneren der Kristallstruktur verursacht wird, erlaubt es der Antimaterie die Kristalle zu durchdringen ohne sie zu berühren. Dies macht sie zu einem erstklassigem Katalysator. Der im inneren des MARK erzeugte Plasmastrom wird in 2 Teile separiert und durch die energetischen Transferleitungen ( E.T.L. ) geführt. Die Struktur und die Funktion der E.T.L. ist in ihrer Natur mit dem M.K.S. verwand und basiert auf den gleichen Vorlagen. Die Plasmaströme fließen nun durch die E.T.L. zu den Feldspulen der Warpgondeln, welche in ihrem Aufbau an antike Feldspulen aus einem Kraftwerk des 21. Jahrhunderts erinnern. Jedoch besteht ihre Umwicklung nicht mehr aus Kupfer sondern aus mehrfach übereinander aufgetragenen Schichten aus verschiedenen Materialien, welches die Herstellung in extremen Maßen erschwert. Die Möglichkeit einer automatischen Regenerierung der Spulen, wie dies bei den Dilithiumkristallen möglich ist, wurde jedoch bisher noch nicht gefunden. Kommt es zu Fehlfunktionen im Warpantriebssystem, so kann das System heruntergefahren und der Kern deaktiviert werden. Bedroht der Fehler die Sicherheit des Schiffes und der Besatzung so ist eine Separierung der Materie- / Antimaterie Tanks vom Schiff möglich. Des weiteren kann man das komplette Kernsegment abstoßen. Sollte der Computer gezwungen sein eine Entscheidung zu treffen, so würde sie immer zu Gunsten der Besatzung ausfallen.

Abb. 2: Materie/Antimaterie-Reaktor (schematische Darstellung)

Abb. 3: Plasmainjektor (Galaxy-Class)

Wie funktioniert das Warpantriebssystem ? Das Deuterium, welches meist in einem einzigen großen Tank gelagert wird, wird in seinem superkalten Zustand in die sog. Kondensationskammer befördert wo es in die Reaktant-Pakete eingeteilt wird. Von dort aus wird es beschleunigt und in die Reaktionskammer eingespeist wo es auf den Dilithiumkristall trifft. Von der gegenüberliegenden Seite der Reaktorkammer wird das Antideuterium über das Injektorsystem in die Reaktionskammer geleitet. Die Antimaterie kann jedoch im Gegensatz zur Materie nicht "einfach" superkalt transportiert werden sondern muss durch Magnettunnel zum Injektor bewegt werden. Im Injektor selbst wird das Antideuterium dann einer ähnlichen Umwandlung unterzogen wie das Deuterium und anschließend in die Reaktionskammer eingespritzt, wo es mit dem Deuterium zusammentrifft und reagiert. Zwischen den Injektoren und der Reaktionskammer befindet sich die Restriktionssegmente zur Kanalisierung der Materie- Antimaterieströme, diese Segmente bezeichnet man umgangssprachlich als magnetische Eindämmung. Die Eindämmungssegmentsäule unterstützt im physikalischem Sinne die Reaktionskammer- und Druckeindämmung um den gesamten Warpkern. Am wichtigsten jedoch ist die Tatsache, das die Eindämmungssegmentsäulen die Reaktionsmittel an die gewünschte Position innerhalb der Reaktionskammer leiten, um eine optimale Nutzung zu gewährleisten Der Materie-Flusskonverter ist gewöhnlich länger als der Antimaterie-Flusskonverter, da sich Antimaterie einfacher fokussieren lässt. Normalerweise sind die magnetischen Flusskonverter in Segmente unterteilt, jedes Segment enthält 8 spannungsdämpfende Rahmen, eine ringförmige Druckbehälterwand, 16 magnetische Flusskonverterspulen und die damit in Verbindung stehenden Energieleitsysteme sowie Steuerelemente. Flusskonverterspulen bestehen aus vielen aktiven Elementen, welche eine ständige Verbesserung des Designs, welche die magnetischen Flusskonverter enthalten, zulassen. Jedoch dies mit einer minimalen Beeinflussung des Außenbildes des Warpkerns. Die Spulen komprimieren, bündeln und beschleunigen die Materie- bzw. Antimaterieströme.

Bei Sternenflotten Warpkernen besteht die äußere Schicht des Flusskonverters aus einer halb-transparenten Legierung, welche harmlose Sekundärphotonen aus dem inneren Ring entweichen lässt und dadurch den typischen Glüheffekt hervorruft. Durch diesen Effekt erhält man einen visuellen Anhaltspunkt, der auf die Aktivität des Kerns schließen lässt. Die Reaktionskammer hat einen Durchmesser von 2,5m und eine Höhe von 2,1m, geschützt wird sie durch die Eindämmungssegmentsäule, spezial Kraftfelder und über die Norm hinaus durch einen Spezialableger des SIF. Das in der Reaktionskammer erzeugte Energieplasma wird nun über die Energietransferleitungen, welche auch die verschiedenen Reaktoren untereinander verbinden, zu den Warpgondeln geleitet. Die Transferleitungen kanalisieren das Plasma mittels Magnetfelder. In den Gondeln selbst befindet sich das Plasmainjektionssystem welches einen präzise abgestimmten Plasmastrahl durch die Mitte der Warpspulen zu befördern. Durch die relative Ungenauigkeit mit der, der Plasmafluß normalerweise durch das E.T.L. geleitet wird, muss das Plasmainjektorsystem häufig rejustiert werden um Turbulenzen zu verhindern und ein ruhiges Durchfließen der Warpspulen zu gewährleisten. In vielen von der Sternenflotte konzipierten Designs wird der rohe Plasmafluß, welchen man durch das E.T.L. sendet, in 2 Teile aufgesplittet und durch sogenannte Strudeldämpfer geschleust. Kurz vor den Plasmainjektoren werden beide Teile rekombiniert. Durch lange Erfahrungen mit diesem System hat man herausgefunden, das diese Methode die Anzahl der benötigten Hardware auf ein Minimum beschränkt. Die Warpspulen selbst bauen dann, entsprechend ihrer Pulsfrequenz, ein vielschichtiges Warpfeld auf. Bei Fehlfunktionen oder schwerwiegenden Beschädigungen können die Warpgondeln vom Schiff abgesprengt werden. Die Fluchtgeschwindigkeit der Gondeln beträgt 45m/s relativ zum Schiff gesehen. Die in den Warpgondeln untergebrachten Bussard-Kollektoren, ermöglichen es dem Schiff, bzw. seiner Crew, Proben von gasförmigen Anomalien zu entnehmen, ohne das die Transporter eingesetzt oder ein Crewmitglied ins Vakuum geschickt werden muss. Über die Bussard-Kollektoren nehmen Sternenflotten-Schiffe ebenso Deuterium in Form von Wasserstoff ein, da Deuterium "bloß" eine raffinerierte Version des Deuteriums ist, welcher für den Antrieb benötigt wird.

Abb. 4: äußere Schicht des Flußkonverters

Abb. 5: Typ-8 Warpgondel (schematische Darstellung) Abb. 6: Warpfeldausdehnung (schematische Darstellung)

Die Warpgondeln Als Warpgondel bezeichnet man den Verbund aus der Warpspulen, der Plasmainjektoren und der Bussardkollektoren. Die meisten Föderationsraumschiffe verfügen über 2 Warpgondeln, es gibt jedoch auch Ausnahmen die keine, eine, 3 oder 4 Gondeln haben. Im Prinzip gilt: ein Raumschiff kann auch dann einen Warptransit durchführen, wenn es über keine Gondeln verfügt. Zwingend benötigt werden nur die Warpspulen und die Dazugehörige Energieversorgung. Bei Sternenflottenschiffen werden die Warpspulen durch den Plasmastrom aus den Injektoren mit Energie versorgt. Die Spulen erinnern in ihrem Aufbau an antike Magnetfeldspulen welche man in Kraftwerken des 21. Jahrhunderts findet. Im Gegensatz zu den Magnetfeldspulen des 21. Jahrhunderts bestehen die Warpspulen jedoch nicht nur aus einer Kupferumwicklung sondern aus vielen verschiedenen Materialien. Die Ausbreitung der Felder und ihre Intensität wiederum sind im Prinzip fast völlig identisch. Aber wie befördert das Warpfeld nun ein Schiff auf Überlichtgeschwindigkeit ? Das Prinzip ist recht einfach, die Warpspulen projizieren anhand ihrer Pulsfrequenz ein vielschichtiges Subraumblase um das Schiff, diese Subraumblase krümmt das uns bekannte Raumzeitgefüge. Der Effekt hierbei ist eigentlich besser so zu erklären, das nicht das Schiff sich im Warp bewegt, sondern der Zielort an das Schiff "heran gezogen" wird. Zur besseren Veranschaulichung des Effektes nehmen halten wir uns einmal ein Blatt Papier vor Augen und zeichnen an jedes Ende, an exakt der selben Position, einen Punkt auf. Falten wir nun das Blatt zusammen, liegen die Punkte direkt aufeinander, so gesehen ist also der "Weg" von einem zum anderen Punkt durch ein Krümmen bzw. Falten des Blattes auf relativ Null geschrumpft. Ein niedriges Warpfeld kann den Effekt der Reduzierung der lokalen Gravitationskonstante innerhalb des Feldes selbst haben. Dies kann passieren, da ein Subraumfeld eine Raumzeit-Verzerrung des gravitativen Feldes darstellt. Das führt zu dem Effekt, dass durch ein niedriges Warpfeld die Masse eines Objektes kurzzeitig reduziert werden kann (Im Verhältnis zu dem umgebenden Universum). Diese Technik wurde 2366 von Geordi La Forge, in einem ungewöhnlichem Versuch den Mond das Planeten Bre´el IV vom Aufprall auf den Planeten zu hindern, angewendet ("Noch einmal Q" TNG). O´Brien war 2369 in der Lage, ein niedriges Warpfeld zu benutzen, um die Masse der "Deep Space 9" Station zu reduzieren. Die Station konnte jetzt mit dem Manövrierdüsen zum Denerius Gürtel bewegt werden. Das wurde durch die Entdeckung des stabilen Wurmloches notwendig ("Der Abgesandte" DS9). Bedenken Sie, Deuterium strahlt radioaktiv, bei Wartungsarbeiten sollten Sie daher auf entsprechende Schutzkleidung äußerst großen Wehrt legen.

Kapitel 2: Impulsantrieb, Fusionsgeneratoren und RCS

Neben dem Warpantrieb benutzt die Föderation den Impulsantrieb. Er dient Hauptsächlich zur Fortbewegung mit Geschwindigkeiten unter Warp 1. Der Impulsantrieb funktioniert nicht anders als ein "normaler" chemischer Antrieb auch. Diese Art der Antriebstechnologie bezeichnet man auch als Massenantriebe. Beginnen wir mit dem Funktionsprinzip, also, warum ist es eigentlich ein Antrieb? Die Antwort kann eigentlich jeder für sich beantworten, indem er sich vor Augen führt, was passiert, wenn er/sie auf Schlittschuhen steht und etwas schweres von sich weg stößt. Wissenschaftlich ausgedrückt bewirkt der Rückstoß der ausströmenden Teilchen eine nach "vorne" gerichtete Bewegung. Wobei "vorne" in diesem Falle relativ zu sehen ist, immer entgegengesetzt der Ausstoßrichtung. An diesem Punkt stellt sich die Frage, woher wir die auszustoßenden Teilchen eigentlich nehmen. Und genau um diese Frage zu beantworten ist der Impulsantrieb mit einem Fusionsreaktor gekoppelt. Eine funktionierende Methode hierzu wäre, z.B. Deuterium zu erhitzen und es ausströmen zu lassen. Da dieser Vorgang jedoch äußerst ineffizient ist, nutzt man das Prinzip der kalten Fusion. Sprich man "steckt" 2 Deuterium in den Fusionsmeiler und erhält ein Helium. Da Helium ein Edelgas ist brennt es nicht wirklich gut, es hinterlässt jedoch nette Leuchteffekte, d. h. es wird komprimiert und dann sofort ausgestoßen. Dieser Ausstoß erzeugt dann genau den Effekt, den wir am Anfang beschrieben haben, womit das "Geheimnis" über die Funktion des Impulsantriebs gelüftet wäre. Als Treibstoff für den Reaktor des Impulsantriebs nutzt man auf Sternenflotten Schiffen Deuterium, welches man aus den mitgeführten Tanks bezogen wird. Im Grunde funktioniert es aber auch mit "normalem" Wasserstoff, den man über die Bussard Kollektoren aufnehmen kann. Deuterium ist nichts anderes als Wasserstoff dem ein zusätzliches Neutron angeheftet wurde. Raffinerierter Wasserstoff. Jetzt werden sich einige Fragen, warum belasten wir uns dann mit zusätzlichem Deuterium, ganz einfach die Materiedichte im Weltall ist zu dünn als das es effizient wäre Wasserstoff zu verwenden. Die Rolle als Energielieferant für die Schiffssysteme ist eigentlich jedem Klar, nur wie Abhängig wir vom IAS sind wird uns erst dann bewusst, wenn es ausfällt. Die Fusionsreaktoren des IAS liefern nämlich ca. 1*10^15 Joule pro verwendetem Kilo Deuterium für die Schiffssysteme. Als letztes kommen wir zu den mit dem Impulsantrieb zu erreichenden Geschwindigkeiten. Im Normalfall entspricht voller Impuls 25% der Lichtgeschwindigkeit, im Notfall kann der Antrieb jedoch auch auf Überlastung geschaltet und so ca. 95% der Lichtgeschwindigkeit erreicht werden. Eine Beschleunigung auf solch immense Werte ist jedoch auf Dauer ein zu extreme Belastung für das SIF bzw. das TDF, des weiteren wird man in unserem Kontinuum vor das Problem des Dilletationsfluges gestellt. Als Dilletationsflug wird die zunehmende Zeitverzögerung bezeichnet, die entsteht, je näher man an die Grenze der Lichtgeschwindigkeit "heran fliegt". Theoretisch steht dann die Zeit bei 100% Lichtgeschwindigkeit still, bzw. erhält ein Beobachter von Außen den Eindruck, das sich das Objekt welches sich mit 100% LG bewegt, eigentlich gar nicht mehr bewegt. Theoretisch entsteht dieser Effekt auch auf der sog. Dilletationsebene eines Schwarzen Loches. Die Energieerzeugung im Impulsantrieb funktioniert über simple Kernfusion. Wie beim Warpantrieb wird hier Deuterium eingesetzt. Deuterium hat folgenden chemischen Aufbau: Im Kern befinden sich 1 Proton und 1 Neutron, die von einem Elektron umkreist werden. Im Fusionsreaktor können 2 Deuteriumatome zu einem Heliumaton fusionieren. Dabei geben sie Energie und ihre Neutronen ab. Alle Produkte dieser Reaktion werden über die Antriebsdüsen nach außen geleitet, was eine deutliche Spur aus Helium und Neutronen hinterlässt. Noch einmal zur Warnung: Deuterium ist radioaktiv. Deshalb sollte auch bei Arbeiten am Impulstriebwerk Schutzkleidung getragen werden.

Abb. 7: Impulsantrieb mit Klasse 7 Fusionsgenerator (schematische Darstellung)     Abb. 8: Impulsantrieb einer Galaxy-Class (schematische Darstellung)

Abb. 9: RCS-Düse an einer Defiant-Klasse (schematische Darstellung)

Das Reaktionskontrollsystem (RCS) ist eine Reihe von Plasmaschubdüsen, die hauptsächlich zur Kursänderung eingesetzt werden. Die Düsen beziehen ihren Treibstoff direkt aus dem plasmatischen Energieverteilungssystem des Schiffes, werden also indirekt von Warp- und Impulsantrieb gespeist. Unter Einsatz des RCS kann ein Schiff Geschwindigkeiten bis zu 200 m/s erreichen. Einige Schiffe haben besonders starke RCS-Düsen, was sie befähigt auf Planeten zu landen und dann wieder zu starten. Allerdings sind noch andere Spezialsysteme nötig, um so ein Manöver durchzuführen. Allerdings sollten die RCS-Düsen jedes Schiffstyps ausreichen, um eine einigermaßen sanfte Landung zu ermöglichen.