Сколько энергии может производить «Энтерпрайз-D»?

Альфа Памяти объясняет, что

Варп-ядро было одним из самых мощных в Звездном Флоте, генерируя примерно 12,75 миллиардов гигаватт энергии. (ТНГ: «Настоящий Кью»)

Точная цитата:

АМАНДА: Трудно представить, сколько энергии там задействовано.

ДАННЫЕ: Воображение не требуется. Масштаб легко поддается количественной оценке. В настоящее время мы производим двенадцать целых семьдесят пять миллиардов гигаватт в секунду (срабатывает сигнализация) .

( Источник )

Итак, это 12,75 миллиона терраватов, которые было способно произвести варп-ядро Enterprise-D !

Также кажется, что это не максимальная сумма. По реликвиям :

СКОТТ: Джорди, щиты выдержат. Не беспокойтесь об этом. Я могу получить несколько дополнительных гигаватт от этих малышей.

( Источник )

Теперь я знаю, что это для щитов, но, похоже, это указывает на то, что выходная мощность может быть немного больше, но, вероятно, не очень большая.

Относительно того, о чем говорил Райкер:

В 2365 году штаб-квартира Даледа IV использовала систему связи, которая исходила из тераваттного источника, необходимого для проникновения в атмосферу планеты. По словам командира Уильяма Т. Райкера, «это больше энергии, чем может генерировать весь наш корабль», а это означает, что у них не было возможности ответить на коммюнике . (ТНГ: «Дофин»)

( Источник )

То есть система связи всего корабля не могла выдать терраватт.

Судя по выдержке из приведенного ниже сценария, это вроде бы подтверждается:

ДАННЫЕ: Сэр, датчики показывают, что связь исходила от тераваттного источника на планете.

РАЙКЕР: Это больше энергии, чем может произвести весь наш корабль.

ДАННЫЕ: Это то, что необходимо для проникновения в атмосферу.

РАЙКЕР: Это означает, что у нас нет возможности ответить, сэр.

( Источник )

Просто судя по этой цитате, которая помещает объяснение Райкера в контекст, кажется, что под «всем кораблем» он имел в виду «всю систему связи корабля». Было бы очень плохо, если бы старший офицер не знал выходной мощности корабля!

На этом сайте со ссылкой на «Звездный путь: техническое руководство следующего поколения» говорится, что класс Galaxy имел

общая мощность 50 000 тераватт

для фазеров. Теперь это отдельная система с верхним пределом, далеким от общей энергии, производимой варп-ядром.

Что касается причины вне вселенной, как указано в комментарии Стэна ниже, имейте в виду, что Дофин был задолго до True Q , а техническое руководство TNG еще не было выпущено, поэтому, с точки зрения вне вселенной, Райкер, вероятно, имел в виду мощность всего корабля около тераватта . С точки зрения вселенной позже это противоречит более реалистичной цифре в 12,75 миллиарда гигаватт в True Q , поэтому мы разрешаем это противоречие, предполагая, что во вселенной Райкер имел в виду только систему связи.

Это не конкретный ответ на вопрос, но он должен был стать комментарием к замечательному ответу N_soong, но в итоге он оказался слишком длинным и на полпути к самому ответу.

Коммуникационное оборудование — это не то, на что можно просто накинуть больше мощности. Если антенна не настроена на мощность и частоту вещания, у вас возникнут серьезные проблемы из-за так называемой отраженной мощности.

Когда антенна не настроена на передатчик, не вся мощность уходит на антенну. Любая мощность, которая не исчезла, должна вернуться к передатчику. В мире электроники это известно как КСВ и представляет собой соотношение прямой мощности (что делает ее из антенны) и отраженной мощности.

На более низких уровнях вам может сойти с рук использование антенны, которая не совсем точно настроена на остальную часть системы, но когда вы становитесь выше по мощности, вам нужно гораздо более узко определять, что делает конкретная антенна. Это происходит из-за того, что передатчик может потреблять только определенное количество энергии, прежде чем он сгорит.

10% от 1 мегаватта это 100 киловатт. Оборудование Star Trek, вероятно, могло бы справиться с этим, хотя это больше, чем большинство FM-радиостанций в целом. Однако 10% от 1 тераватта составляют 100 гигаватт. Это поразительное количество энергии, которое нужно возвращать в систему.

Вот еще один подход к этому вопросу:

Как долго может работать звездолет класса Galaxy, прежде чем ему потребуется обслуживание? , «Энтерпрайз-D» может нести 3000 м^3 антидейтерия, чего достаточно, чтобы корабль работал в течение трех лет нормальной эксплуатации (источник: Rick Sternbach и Michael Okuda, Star Trek TNG Technical Manual ).

Основываясь на данных Брукхейвенской национальной лаборатории , я оценю максимальную плотность дейтерия (в жидкой или твердой форме) в ~ 0,2 г/см^3 = 200 кг/м^3 (поскольку это будет жидкость или твердое тело, даже значительное увеличение давления не сильно изменит плотность). Так как антидейтерий должен иметь одинаковую плотность:

200 кг/м^3 x 3000 м^3 = 600000 кг антидейтерия

Теперь давайте предположим, что двигатели «Энтерпрайза-D» могут преобразовать этот антидейтерий в энергию с эффективностью 90% (в руководстве указана минимальная эффективность 88% до деформации 7.0), объединив ее с равным количеством обычной материи. Используя E = mc ² , это дало бы нам в общей сложности:

1 200 000 кг x (3,0 x 10^8 м/сек)^2 x 0,9 = 1,0 x 10^23 кг м^2/с^2 = 1,0 x 10^23 Дж энергии

[Дж = джоули]

И эта общая выработка энергии, поддерживаемая в течение 3-летнего периода, даст нам среднюю выходную мощность (для тяги, которая должна быть основным потребителем энергии; общая будет больше, так как они также будут работать со стереосистемой и А/ С) из:

1,0 х 10 ^ 23 Дж / (94 608 000 с) = 1,0 х 10 ^ 15 Дж / с = 1,0 х 10 ^ 15 Вт = 1000 тераватт.

[В 3-х годах 94 608 000 секунд.]

[Для сравнения, общее текущее мировое производство энергии (все источники - уголь, газ, нефть, атомная энергия, гидроэнергетика, ветер, солнечная энергия, геотермальная энергия и т. д.) составляет около 15 тераватт = 2 киловатта на человека.]

Мы можем сравнить эту цифру с той, которую можно оценить из диаграммы энергопотребления двигателей (рис. 5.1.1. стр. 55) и сопроводительного пояснительного текста в том же Техническом руководстве Star Trek TNG . На стр. 57 Штернбах и Окуда говорят, что «Энтерпрайз» может находиться в крейсерском режиме неограниченное количество времени (пока не закончится топливо) при варпе 6. Итак, давайте предположим, что это наша средняя крейсерская скорость. Теперь, согласно рис. 5.1.1, потребление энергии (для движения) в варпе 6 составляет 3 x 10^6 МДж/кокрейн. Конечно, это неправильные единицы; поскольку это мощность, она должна быть МВт/кокрейн (МВт = мегаватт). Итак, давайте внесем эту поправку.

Далее они говорят, что поле варп-6 имеет напряженность поля 392 кокранов. Таким образом, мощность, необходимая для движения в варпе 6, составляет:

3 x 10^6 МВт/кокрейн x 10^6 Вт/МВт x 392 кокрейнов = 1,2 x 10^15 ватт = 1200 тераватт

Это почти то же самое, что и первое вычисленное нами значение! [Вероятно, это случайность :).] Конечно, как упоминалось выше, есть и другие потребители энергии, помимо силовой установки, но я предполагаю, что это большое, по крайней мере, для продолжительной работы.

Мы также можем использовать график и рисунки в техническом руководстве для оценки максимальной выходной мощности. При максимальной теоретической скорости деформации 9,8 имеем:

8 x 10 ^ 9 МВт/кокранов x 10 ^ 6 Вт/МВт x 2 x 10 ^ 3 кокранов = 1,6 x 10 ^ 19 ватт = 16 миллионов тераватт = 16 экзаватт

Это очень близко к цифре в 12,75 млн тераватт (= 13 экзаватт), которую приводит Data (хотя я не знаю, с какой скоростью двигался корабль в то время). В то же время цифры в 13 и 16 экзаватт кажутся мне немного глупыми даже для технологий 24-го века, поскольку они более чем в 100 раз превышают мощность, которую Земля получает от солнца (174 петаватт)!

Кроме того, при эффективности преобразования 90% двигатели должны были бы рассеять 1 экзаватт тепла, т. е. в 10 раз больше энергии, которую земля получает от солнца! [Кроме того, согласно техническому руководству, эффективность преобразования имеет тенденцию снижаться при высоких скоростях деформации.] Хотя я полагаю, что они могли бы решить эту проблему, заявив, что тепло рассеивается в подпространстве...

Интересно, что в упомянутой выше статье Википедии говорится, что «Энтерпрайз-D» может поддерживать аварийный варп 9,6 в течение 12 часов. Используя те же оценки, что и выше, для этого потребуется 11 экзаватт энергии. Однако при такой мощности корабль израсходовал бы свой полный запас топлива за 3 часа. Таким образом, очевидно, что между этими различными спецификациями нет идеальной согласованности.

Окончательно:

Лазерный ускоритель мощностью 1 ПВт — это вещь. Те, кто работает на предприятии, должны — из-за необходимости идти гораздо дальше и заряжаться намного быстрее — нуждаться в большей мощности.

Важно не путать пиковую выходную мощность (например, лазеров) с устойчивой выходной мощностью. Сегодня мы можем построить пару лазеров с суммарной пиковой выходной мощностью 20 петаватт = 20 000 тераватт . Но это устройство будет выдавать эту мощность всего за 150 фемтосекунд = 1,5 х 10 ^ -13 с, таким образом обеспечивая общую энергию 3000 джоулей. Он может делать один выстрел в минуту, поэтому, как бы ни впечатляла его пиковая выходная мощность, его постоянная выходная мощность составляет всего:

3000 Дж/мин x 1 мин/(60 с) = 50 Дж/с = 50 Вт

И помните, что когда мы говорим о мощности варп-двигателей «Энтерпрайза-D», мы имеем в виду постоянную мощность.

[Примечательно, что пиковая выходная мощность этих лазеров более чем в 1000 раз превышает текущую устойчивую выходную мощность человеческой цивилизации в 15 тераватт!]

В данных упоминалось «12,75 миллиарда гигаватт на…», и в этот момент тревога отключила их. Однако сценарий должен был говорить «в секунду».

Выработка энергии была немного непостоянной в Trek (нормально, и, вероятно, потому, что в то время, когда они создавали шоу, сценаристы думали, что это будут очень большие цифры, но они забыли об экспоненциальном прогрессе), но это более или менее менее совместимы, если учесть, что Звездный Флот и Федерация (и большинство космических видов Trek) полагаются на подпространственные технологии и другие реализации экзотической материи во всех своих системах.

Мы не раз видели, как применение подпространственных технологий может радикально повысить эффективность, выходную мощность и т. д. Итак, когда мы слышим «джоули», «мегаджоули» и т. д., это могут быть относительные исходные цифры, которые НЕ принимают во внимание. принимая во внимание применение подпространственной технологии, которая дает вам общий результат (и легко может быть на несколько порядков выше).

Кроме того, эпизод с Дофином произошел в сезоне 2, эпизоде ​​​​10. «Настоящий Q» появляется в эпизоде ​​​​6 сезона 6 ... в основном 4 года спустя.

«Энтерпрайз» также претерпел капитальный ремонт (и модернизацию своего оружия, щитов и выработки энергии после вторжения боргов в пространство Федерации («Лучшее из обоих миров»).

Само собой разумеется, что возможности генерации электроэнергии Enterprise-D и все другие системы будут постепенно улучшаться в ходе TNG (например, в эпизоде ​​​​1 сезона с Байнарами они получили капитальный ремонт своего компьютерного ядра).

В эпизоде ​​​​«Звездный путь: Вояджер»: «Ночь» (сезон 5, эпизод 1) также упоминалось, что корабли Федерации (или, по крайней мере, «Вояджер»), среди прочего, используют транскинетическую камеру и радиометрические преобразователи: ТОРРЕС: Остаточная антиматерия затем обрабатывается. в транскинетической камере, где он расщепляется на субатомном уровне. EMCK: А как насчет тета-излучения? ТОРРЕС: О, это поглощается серией радиометрических преобразователей. Мы перерабатываем энергию, используем ее для питания всего, от систем жизнеобеспечения до репликаторов. EMCK: У нас нет такой технологии преобразования.

По сути, она описала процесс повторного поглощения «отработанной энергии» системой и ее использования для выработки электроэнергии. В этом смысле корабли Звездного Флота с самого начала производят очень мало побочных отходов или вообще не производят их (это имеет смысл, потому что они сосредоточены на технической эффективности, и ВСЕ перерабатывается настолько, насколько это возможно). Когда у вас есть закрытая система, такая как звездолет, это имеет смысл. Даже NX-01 в значительной степени использовал переработку (например, преобразование человеческих отходов в съедобную пищу — процесс, который мы можем сделать и сегодня довольно легко, но NX-01 имел на борту молекулярный секвенатор, который упростил задачу — и на самом деле , у нас также есть технология молекулярного производства с 2015 года, а производство в атомном масштабе контролируется искусственным интеллектом с 2018 года).

Кроме того, боеголовки из антиматерии, подобные тем, что используются в фотонных торпедах, вероятно, намного мощнее, чем 64 мегатонны, как предполагают некоторые люди. Конечно, они могут нести 1,5 кг материи и 1,5 кг антиматерии, но мощность сильно варьируется, и это оружие также несет в себе подкосмические технологии и антидейтерий, что увеличивает общую взрывную мощность до 690 гигатонн.

Вот цитата из памяти альфа:Боеголовка второго типа была загружена с максимальным выходом всего 1,5 кг антидейтерия. Из-за предварительно перемешанных реагентов выделяемая энергия в единицу времени была больше, чем при разрыве контейнера-хранилища, содержащего 100 кубометров антидейтерия. Торпеда имела сухую массу 247,5 кг. (стр. 129 и 68) Используя стандартные физические расчеты, полезная нагрузка в 1,5 кг равнялась примерно 64,4 мегатоннам. Второй тип, при максимальном выходе, вызывал разрушительные эффекты, большие, чем при разрыве капсулы антивещества. Антиматерия хранилась в виде жидкости или слякоти на космических кораблях. (стр. 69) Плотность простого жидкого антидейтерия составляла около 160 килограммов на кубический метр. Согласно этому сравнению, выделение энергии с высокой скоростью аннигиляции будет сравнимо с эффектами взрыва мощностью 690 гигатонн. Ради правдоподобия пораженная область взрыва при этих интенсивностях может быть чрезвычайно мала. Визуальные эффекты на экране, казалось бы, подтверждают это. См. этот калькулятор антиматерии для получения дополнительной информации.

Вот как вы можете получить огневую мощь гигатонного и (позже) тератонного уровня (как от направленного энергетического оружия, так и от торпед). Таким образом, стандартные метрики преобразования неприменимы, потому что люди обычно не принимают во внимание подпространство и другие материалы, которые могут (при правильном смешивании) производить гораздо более сильные эффекты.

Принимая это во внимание, вполне разумно, что корабли Trek используют технологии, которые, с одной стороны, требуют незначительного количества энергии (по сравнению с тем, что мы видим сегодня), но в конечном итоге получают огромные количества (на много порядков больше), если учесть в подкосмической технике, антидейтерии и т.д.

Кроме того, от TNG до DS9 (по крайней мере, в эпизоде ​​​​3-го сезона «Жребий брошен», эпизод 21) есть более чем достаточно времени для экспоненциального развития оружейных (и других) технологий ... более чем достаточно, чтобы привести к Мощность на уровне тератонов, рассчитанная для ромуланско-кардассианского флота, которому удалось уничтожить 30% планетарной коры первым залпом.

Я предполагаю, что варп-драйв также можно описать как метод «грубой силы» сверхсветовой скорости, поскольку он постепенно требует все больше и больше энергии, чем быстрее вы движетесь. Вот почему требования к скорости и энергии увеличиваются практически экспоненциально после Warp 9.9 с каждым шагом (и почему на самом деле не было замечено ни одного корабля, использующего что-либо быстрее, чем Warp 9.9 — даже «Вояджер», поскольку в их экранном диалоге фактически упоминается 9,75 как максимальная устойчивая скорость, а не 9,975 — и это также имеет смысл, так как это на ступеньку выше Warp 9,6, что было абсолютным максимумом для Enterprise-D — по крайней мере, до тех пор, пока на сцену не вышел USS ​​Prometheus, который без усилий управлял Warp 9,9 как устойчивую скорость).

Таким образом, можно сказать, что выработка энергии для Trek довольно мощная, а Enterprise-D намного мощнее, чем заявляют некоторые люди, и это не обязательно будет «нереалистично». Таким образом, внутренний объем хранилища имеет определенное значение... даже если Ent-D содержит 3000 м ^ 3 антидейтерия... ИСПОЛЬЗОВАНИЕ этого вещества со временем будет относительно низким, при этом производя умопомрачительные количества. мощности, если учесть все имеющиеся технологии повышения мощности (например, subpsace) и другие вещи.

Фактор рециркуляции энергии, и вы в конечном итоге получите огромное количество энергии. И Федерация продемонстрировала, что она может ХРАНИТЬ огромное количество энергии для последующего использования (например, когда они копируют объекты... если они перерабатывают ее, эта энергия может быть позже использована для создания чего-то другого - и не исключено, что они на самом деле будут преобразование энергии в материю, как объясняется в диалоге).