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abril 17, 2008

Motores de Dobra – Parte 02

2. Teoria e aplicação do campo de dobra

Como aqueles que o antecederam, Zefram Cochrane, o cientista normalmente creditado pelo desenvolvimento da física de dobra moderna, construiu seu trabalho com base nos ombros de gigantes. A partir da metade do século 21, Cochrane, trabalhando com o seu lendário time de engenheiros, trabalhou para derivar o mecanismo básico da propulsão por distorção do continuum (PDC). Intelectualmente, ele previu o potencial de grandes energias e viagens mais rápidas que a luz, o que significava operação prática além do sistema solar. A promessa de eventuais viagens rápidas interestelares motivou a sua equipe a aceitar a tarefa de uma revisão intensa de todas as ciências físicas. Era esperado que o esforço fosse levar a uma melhor compreensão dos fenômenos conhecidos aplicáveis à física de dobra, além da possibilidade de idéias originais influenciadas por outras disciplinas relacionadas.

A busca finalmente levou a um conjunto de equações complexas, fórmulas de materiais, e procedimentos operacionais que descreviam a essência do vôo superluminal. Nas teorias de dobra originais, um, ou no máximo dois campos, criados à enormes custos energéticos, conseguiam distorcer o contínuo espaço-tempo o suficiente para mover uma nave. Já em 2061, a equipe de Cochrane conseguiu produzir um protótipo funcional de enormes proporções. Descrito como um super propulsor de flutuação, ele finalmente permitiu a um veículo de teste não tripulado alcançar a “barreira” da luz (c), alternando entre dois estados de velocidade e não ficando em nenhum deles por mais do que tempo de Planck (1,3 x 10^-43 segundo), a menor unidade mensurável de tempo. Isto teve o resultado de manter a velocidade (antes inatingível) da luz e ao mesmo tempo evitar os teóricos gastos de energia infinitos que seriam necessários de outra forma.

Os primeiros motores de PDC – que eram apenas informalmente chamados motores de “dobra” – foram um sucesso, e quase que imediatamente incorporados ao desenho das espaço-naves existentes com uma facilidade surpreendente. Embora lentos e ineficientes pelos padrões de hoje, estes motores proporcionaram uma redução substancial nos indesejados efeitos de dilatação de tempo, abrindo caminho para vôos de ida e volta na ordem de anos, e não décadas. Cochrane e seu time eventualmente mudaram-se para a colônia de Alpha Centauri (uma viagem que demorou “só” quatro anos, graças aos veículos movidos à PDC), e continuaram a fazer avanços na física de dobra que iriam permitir “quebrar” de vez a barreira e explorar o misterioso domínio do subespaço que estava do outro lado.

A chave para a criação de métodos não-Newtonianos (por exemplo: propulsão não dependente da exaustão de produtos de uma reação) estava no conceito de agrupar várias camadas de campo de dobra, cada camada exercendo uma quantidade controlada de força contra a sua vizinha externa mais próxima. O efeito da força acumulada impulsiona o veículo para frente e é conhecido como manipulação de campo assimétrica e peristáltica (MCAP). Bobinas de campo de dobra nas naceles do motor são energizadas em ordem, da frente para trás. A seqüência de disparo determina o número de camadas de campo, sendo que um número maior de camadas por unidade de tempo é necessário em fatores de dobra maiores. Cada nova camada de campo se expande para longe das naceles, experimentando uma rápida aplicação e perda de força a distâncias variáveis das naceles, simultaneamente transferindo energia e se separando das camadas anteriores a velocidades entre 0.5c e 0.9c. Isto está perfeitamente dentro dos limites da física tradicional, contornando os limites da Relatividade Geral, Especial e Transformacional. Quando a força é aplicada, a energia irradiada faz a transição necessária para o subespaço, resultando em uma aparente redução de massa no veículo. Isto facilita o deslizamento da espaço-nave através das camadas seqüenciais de campo de dobra.

Medida da energia de dobra

O cochrane é a unidade usada para medir a tensão de um campo subespacial. Cochranes são usados também para medir a distorção de campo causada por outros dispositivos de manipulação espacial, incluindo raios tratores, escudos defletores e campos de gravidade artificial. Campos abaixo de dobra 1 são medidos em milicochranes.

Um campo subespacial de mil milicochranes ou mais se torna o familiar campo de dobra. A intensidade do campo para cada fator de dobra aumenta geometricamente e é uma função do total dos valores individuas das camadas. Repare que o valor em cochranes para cada fator de dobra corresponde à velocidade aparente da nave viajando neste fator. Por exemplo, uma nave viajando em fator de dobra 3 está mantendo um campo de dobra de pelo menos 39 cochranes e está, portanto, viajando a 39 vezes c, a velocidade da luz. Os valores aproximados para os fatores de dobra integrais são:

Fator de dobra 2 =

10 cochranes

Fator de dobra 3 =

39 cochranes

Fator de dobra 4 =

102 cochranes

Fator de dobra 1 =

1 cochrane

Fator de dobra 5 =

204 cochranes

Fator de dobra 6 =

392 cochranes

Fator de dobra 7 =

656 cochranes

Fator de dobra 8 =

1024 cochranes

Fator de dobra 9 =

1516 cochranes

Os valores reais dependem de condições interestelares, por exemplo, densidade de gás, campos elétricos e magnéticos nas diferentes regiões da Via Láctea, e flutuações no domínio do subespaço. Naves espaciais normalmente viajam a múltiplos de c, mas sofrem perdas de energia devido a forças quânticas de arrasto, ineficiências e oscilações de energia.


A distorção que a nave gera no continuo espaco-tempo é medida em Cochranes

A quantidade de força necessária para manter um determinado fator de dobra é uma função do valor cochrane do campo de dobra. No entanto, a energia necessária para estabelecer tal campo é muito maior, e é chamada de ponto máximo de transição. Assim que a transição acontece, a quantidade de energia necessária para manter um dado fator de dobra é diminuída. Estudos indicam que não são esperados desenvolvimentos em novos materiais que possam produzir um rendimento maior em fatores de dobra elevados.

Campos de dobra excedendo um fator integral que não possuem a energia para cruzar o ponto de transição são chamados de fatores de dobra fracionais. Viajar em um fator de dobra fracional pode ser bem mais rápido do que viajar no fator de dobra integral inferior, mas por períodos extensos, é muito mais eficiente simplesmente aumentar a velocidade para o próximo fator de dobra integral.


Este gráfico demonstra com clareza o ponto máximo de transição.

Limites teóricos

O Limite de Eugene permite à distorção de dobra aumentar assintóticamente, aproximando-se, mas nunca alcançando um valor correspondente à dobra 10. Ao aproximar-se de 10, a força necessária para manter o campo cresce geometricamente, enquanto que a eficiência das já mencionadas bobinas de dobra cai dramaticamente. A aplicação e perda de força nas camadas de campo de dobra crescem até freqüências inatingíveis, excedendo não apenas as capacidades do sistema de controle de vôo, mas mais importante, o limite imposto pelo tempo de Planck. Mesmo que fosse possível gastar a teórica “energia infinita” necessária, um objeto viajando em dobra 10 estaria viajando infinitamente rápido, ocupando todos os pontos do universo simultaneamente.

Sistema de propulsão de dobra

Da maneira em que está instalado na classe Galaxy, o sistema de propulsão de dobra consiste de três partes principais: o conjunto de reação matéria/antimatéria, dutos de condução de força e naceles do motor de dobra. O sistema fornece energia para a sua aplicação primária, impulsionar a USS Enterprise pelo espaço, assim como sua aplicação secundária: alimentar sistemas essenciais de alta potência tais como escudos defletores, bancos phaser, raio trator, defletor de navegação e núcleos do computador.

As especificações originais para o sistema, transmitidas para as docas de Utopia Planitia em Marte, em 6 de julho de 2343 requeriam um hardware capaz de sustentar uma velocidade de cruzeiro de dobra 5 até a exaustão do combustível, uma velocidade máxima de cruzeiro de dobra 7, e uma velocidade máxima de dobra 9,3 por doze horas. Esses marcos teóricos foram definidos em simulações, baseadas numa massa total do veículo de 6,5 milhões de toneladas métricas. No entanto, nos seis meses seguintes (bem antes do desenho da estrutura estar concluído), a Frota Estelar reavaliou os requisitos gerais para a classe Galaxy, baseada numa combinação de fatores. As principais influências foram: (1) mudanças nas condições políticas entre membros da Federação, (2) previsões da inteligência que descreviam um hardware superior de possíveis inimigos, e (3) um número crescente de programas científicos que poderiam se beneficiar de uma nave com performance superior.

Simulações supervisionadas por membros das equipes de desenho estrutural, de sistemas e de propulsão resultaram em especificações revisadas que foram enviadas para os projetistas em Utopia Planitia em 24 de dezembro de 2344. Estas especificações requeriam que a classe Galaxy mantivesse uma velocidade normal de cruzeiro de dobra 6 até a exaustão de combustível, uma velocidade máxima de cruzeiro de dobra 9,2 e uma velocidade máxima de dobra 9,6 por doze horas. O total de massa estimada para o veículo foi reduzido através de melhoramentos em materiais e rearranjos internos para 4,96 milhões de toneladas métricas.

Assim que os desenhos principais foram estabelecidos, componentes do protótipo do motor foram fabricados, usando elementos de veículos anteriores como pontos de referência. Modelos computadorizados dos principais sistemas foram reunidos num modelo único para testar características teóricas de performance. O primeiro modelo completo foi testado em UP em 16 de abril de 2356, e foi demonstrado para a Frota Estelar dois dias depois. Com o avanço dos estudos de performance, protótipos do hardware foram fabricados. Falhas de material assombraram o desenvolvimento inicial do núcleo do sistema, a câmara de reação, que tem que conter a furiosa reação de matéria/antimatéria. Estas dificuldades foram eliminadas com a introdução de hexafluoreto de cobalto ao revestimento interno da câmara, o que provou ser uma maneira eficiente de reforçar os campos magnéticos do núcleo.

De maneira parecida, problemas com materiais atrasaram a construção das naceles do motor de dobra. O elemento chave do motor de dobra, as bobinas de verterio-cortenide 947/952, que convertem a energia do núcleo em campos de dobra, não puderam ser manufaturadas dentro das especificações de vôo no formato e densidade necessários durante toda a primeira metade do processo de construção dos protótipos. Estes problemas foram resolvidos através de ajustes no longo período de resfriamento das bobinas durante a sua produção nas fornalhas.

Notavelmente, o trabalho nos dutos de condução de força entre o núcleo de dobra e as naceles procedeu sem incidentes. Análises detalhadas dos protótipos dos dutos revelaram cedo que eles iriam agüentar com facilidade as cargas estruturais e eletrodinâmicas projetadas, já que sua função básica foi pouco alterada durante o último século.

Assim que a estrutura estava suficientemente completa para permiti-lo, o motor foi instalado. Os dutos de condução de força, que haviam sido montados dentro dos suportes das naceles durante a construção da estrutura, aguardavam a conexão das naceles e do núcleo do motor. Em 5 de maio de 2356 a nave protótipo NX-70637, a ainda sem nome USS Galaxy, existiu pela primeira vez como uma nave capaz de vôo.

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