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maio 6, 2008

Motores de Dobra – Parte 03

3. Conjunto de reação matéria/antimatéria

Assim como o sistema de propulsão de dobra é o coração da USS Enterprise, o conjunto de reação matéria/antimatéria (CRM/A) é o coração do sistema de propulsão de dobra. O CRM/A é muitas vezes chamado de reator de dobra, núcleo do motor de dobra, ou núcleo do motor principal. A energia produzida dentro do núcleo é

dividida entre a sua função primaria (a propulsão da nave) e os principais sistemas de bordo. O CRM/A é o sistema principal de geração de energia, devido ao fato de uma reação de matéria/antimatéria produzir 10^6 vezes mais energia do que uma reação de fusão comum, como a empregada no sistema de impulso.

O CRM/A consiste de quatro subsistemas: injetores de reagentes, segmentos de constrição magnética, câmara de reação matéria/antimatéria e dutos de condução de força.

distribuição dos tanques de matéria e antimatéria e a CRM-A.

Injetores de reagentes

Os injetores de reagentes preparam e alimentam o núcleo com fluxos de matéria e antimatéria controlados com a máxima precisão. O injetor de matéria reagente (IMR) recebe deutério super resfriado do tanque primário de deutério (TPD) na parte superior da seção de engenharia e o aquece parcialmente numa reação contínua de fusão de gás. Ele então impulsiona os gases resultantes através de uma série de bocais ajustáveis até o primeiro segmento de constrição magnética. O IMR consiste de uma estrutura cônica de 5,2 por 6,3 metros, construída com woznio carbomolibdênio reforçado por dispersão. Vinte e cinco atenuadores de impacto o conectam ao TPD e aos pontos principais de suporte da estrutura da nave no deck 30, mantendo 98% de isolamento térmico do restante da seção de engenharia. Para todo efeito, todo o SPD “flutua” dentro do casco para poder agüentar até 3 vezes o estresse teórico de operação.

Dentro do IMR estão seis injetores redundantes multi-alimentados, cada injetor consistindo de duas válvulas de entrada de deutério, condicionadores de combustível, pré-aquecedores de fusão, bloco de compensação magnética, duto de transferência, combinador de gás, cabeça do bocal e o hardware de controle necessário. Deutério não tratado passa pela válvula de entrada a taxas de fluxo controladas e passa aos condicionadores, onde calor é removido trazendo o deutério para logo acima do ponto de transição para o estado sólido. Micro-esferas se formam, são pré-aquecidas por fusão magnética, e enviadas para o combinador de gás, onde o produto gasoso ionizado está agora a 106K. Os bocais então focam, alinham e propelem o fluxo de gás para dentro dos segmentos de constrição. No caso de falha de um dos bocais, o combinador de gás iria continuar a alimentar os bocais restantes, que se dilatariam para acomodar o aumento no suprimento de combustível. Cada bocal mede 102 x 175 cm e é constituído de frúmio-cobre-yttrio 2343.

No lado oposto do CRM/A está o injetor de antimatéria reagente (IAR). O desenho interno e operação do IAR são bem diferentes do IMR, devido à natureza perigosa da antimatéria usada. Cada passo na manipulação e injeção do anti-hidrogênio deve ser executado com campos magnéticos para isolar o combustível da estrutura da nave. Em alguns aspectos o IAR é um dispositivo mais simples, que requer menos componentes móveis. No entanto, o perigo nato à manipulação da antimatéria requer uma confiabilidade inabalável do mecanismo. O IAR tem a mesma estrutura básica, atenuadores de impacto e suportes que o IMR, com adaptações para os dutos de combustível de suspensão magnética. A estrutura contém separadores de fluxo de antimatéria, que dividem o anti-hidrogênio recebido em “pacotes” menores, mais fáceis de manipular, para mandá-los aos segmentos de constrição magnética inferiores. Cada separador leva a uma válvula injetora, e cada válvula abre-se em ciclos, em resposta a sinais de controle do computador. A abertura das válvulas pode seguir seqüências complexas, resultantes de equações igualmente complexas que controlam a pressão da reação, temperatura, e energia produzida desejada

Os injetores de matéria e antimatéria são parecidos apenas por fora.

Segmentos de constrição magnética

Os segmentos de constrição magnética (SCM) superior e inferior constituem a massa central do núcleo. Esses componentes suportam a estrutura da câmara de reação matéria/antimatéria, fornecendo um ambiente com pressão apropriada para a operação do núcleo, e alinham os fluxos de matéria e antimatéria para o encontro dentro da câmara de reação. O SCM superior mede 18 metros de comprimento, e a unidade inferior mede 12 metros. Ambos tem 2,5 metros de diâmetro. Um segmento padrão é constituído de oito conjuntos de atenuadores de pressão, uma parede toroidal de pressão, doze conjuntos de bobinas constritoras, sistemas de alimentação de força e hardware de controle necessário. As bobinas constritoras são feitas de cobalto-lantanídeo-boronite de matriz forçada de alta intensidade, com trinta e seis elementos ativos configurados para prover uma alta intensidade de campo somente dentro do ambiente de pressão e permitindo apenas o mínimo (ou nenhum) vazamento para a Engenharia. As toróides do ambiente pressurizado são camadas alternantes de ferracita carbonítica formada por deposição de vapor e borosilicato de alumínio transparente. Os componentes de tensão vertical são vigas de tritânio e cortenide, e são soldadas à estrutura pelo método de transição de fase durante a montagem da estrutura do veículo para produzir uma estrutura unificada. Todos os pontos de suporte do motor têm dutos dedicados para receber energia do campo de integridade estrutural durante operação normal. A camada externa transparente serve como um medidor visível da performance do motor, já que fótons secundários inofensivos são emitidos das camadas interiores, criando um brilho azul visível. A ação peristáltica e o nível de energia podem ser facilmente vistos pelo Chefe Engenheiro e/ou pessoal de manutenção.

AA estação de trabalho do engenheiro-chefe o permite monitorar a CRM-A

Assim que os fluxos de matéria e antimatéria são liberados de seus respectivos bocais, as bobinas constritoras comprimem ambos no eixo Y e adicionam uma velocidade de 200 a 300 m/s. Isto garante o alinhamento e energia de colisão apropriada para que ambos atinjam o alvo dentro da CRM/A, no exato centro da câmara. É precisamente neste ponto que a reação é mediada pelo cristal de dilítio.

fluxo de matéria ou antimatéria e conduzido magneticamente através dos SCM.

Câmara de reação matéria/antimatéria

A câmara de reação matéria/antimatéria (CRM/A) consiste de duas cavidades idênticas, em forma de sino, que contêm e redirecionam a reação primária. A câmara mede 2,3 metros de altura e 2,5 metros de diâmetro. É composta de doze camadas de háfnio 6 e carbonítrio fundido com excélio, soldado por transição de fase sob uma pressão de 31.000 quilopascais. As três camadas externas são reforçadas com arkenídio acroseníte para uma proteção de até 10 vezes a pressão normal. Todos os outros pontos de sustentação e ligação com sistemas de transferência de energia recebem o mesmo reforço.

A banda equatorial da câmara contém o local de armazenamento para a estrutura de articulação do cristal de dilítio (EACD). Uma escotilha protegida fornece acesso a EACD para a substituição e ajustes do cristal. A EACD consiste de um berço com isolamento eletromagnético capaz de armazenar até 1200 cm^3 de cristal de dilítio, além de dois conjuntos redundantes de suportes e orientação triaxiais. O cristal tem que ser instalado com até seis graus de liberdade, para atingir os ângulos e profundidade necessários para a mediação da reação.

Conectando a banda equatorial à metade superior e inferior estão vinte e quatro pinos estruturais. Estes pinos são de moliferranite-háfnio 8 e são reforçados contra tensão, compressão, torção e cisalhamento, além de fazer parte do campo de integridade estrutural do motor. Por todo o centro da banda equatorial correm duas camadas de tritânio borocarbonato difuso transparente para uma monitoração visual da energia da reação.

CRM-A fica no centro do conjunto que tem a altura de um prédio de 12 andares.

O papel do Dilítio

O elemento chave no uso eficiente das reações de M/A é o cristal de dilítio. Este é o único material conhecido pela Federação que não é reagente a antimatéria quando exposto a um campo eletromagnético (EM) de alta freqüência na faixa dos megawatt, o tornando “poroso” ao anti-hidrogênio. O dilítio permite ao anti-hidrogênio passar diretamente através da sua estrutura cristalina sem de fato tocá-la, devido ao efeito de dínamo criado pelos átomos de ferro adicionados. A forma longa do nome do cristal é a fórmula de matriz forçada 2<5>6 dilítio 2<:>1 dialosilicato 1:9:1 heptoferranide. Esta estrutura atômica altamente complexa é baseada em formas mais simples descobertas em camadas geológicas naturais em certos sistemas planetários. Foi considerada por muitos anos irreproduzível por métodos conhecidos ou previstos de deposição de vapor, até que avanços em epitaxia e antieutética nucleares permitiram a formação de dilítio sintetizado puro para uso em espaço-naves e usinas de força, através de técnicas de composição de theta-matrizes utilizando bombardeamento por radiação gamma.

Geração de força pela CRM/A

A seqüência de ignição do motor, conforme controlado pelo CPCP é a seguinte:

1. A partir de uma condição fria, a temperatura e pressão totais do sistema são trazidas até 2.500.000 K, usando uma combinação de energia do sistema de eletroplasma (SEP) e do IMR, e um “aperto” dos constritores magnéticos superiores.

2. As primeiras quantidades mínimas de antimatéria são injetadas de baixo, pelo IAR. O SCM inferior espreme o fluxo de antimatéria e ajusta a sua mira para que coincida com a do IMR acima, fazendo com que ambos os fluxos caiam nas mesmas coordenadas XYZ dentro da CRM/A. O maior raio da reação é de 9,3 cm e o menor 2,1 cm. O diâmetro do fluxo no SCM superior e inferior pode variar, dependendo do ajuste de potência.

Existem dois modos de reação distintos. O primeiro envolve a geração de altos níveis de energia canalizados para o sistema de eletroplasma, muito similar a uma reação de fusão normal, para uso das funções da nave enquanto em impulso. Na EACD, os suportes de orientação posicionam o dilítio de tal maneira que duas faces fiquem paralelas aos fluxos de matéria/antimatéria, coincidindo com as coordenadas do núcleo XYZ 0,0,125, onde 125 é o raio da seção de reação. A reação é mediada pelo dilítio, forçando o limite superior das freqüências EM resultantes para baixo, até abaixo de 10^20 hertz, e o limite inferior para cima, até acima de 10^12 hertz.

O segundo modo faz uso completo da habilidade do dilítio de causar uma suspensão parcial da reação, criando as freqüências de pulso necessárias para serem enviadas para as naceles do motor de dobra. Neste modo, as coordenadas XYZ são controladas pelos suportes de orientação da EADC e colocam o exato ponto de colisão 20 angstrons acima da face superior do cristal. A freqüência desejada é continuamente ajustada para alcançar os fatores de dobra desejados. Independente do modo empregado, o efeito de aniquilação acontece no ponto central da câmara. A razão M/A é estabilizada em 25:1 e o motor é considerado em “ponto morto”.

3. A pressão do motor é lentamente trazida ate 72.000 quilopascais, aproximadamente 715 vezes a pressão atmosférica, e a temperatura normal de operação no ponto de reação é 2×10^12 K. Os bocais do IMR e IAR são abertos para permitir que mais reagentes entrem na câmara. A razão é ajustada para 10:1 para geração de energia. Esta também é a razão base para atingir dobra 1. As proporções relativas de matéria e antimatéria mudam enquanto os fatores sobem até dobra 8, onde a razão se torna 1:1. Fatores de dobra maiores requerem maiores quantidades de reagentes, mas a razão continua inalterada

Outros modos de ignição estão disponíveis, dependendo das necessidades da situação.

O verdadeiro coração da Enterprise.

Dutos de condução de força

Assim que todo o sistema está ativado, o plasma energético gerado é dividido em dois fluxos em ângulos quase retos à linha central da nave. Os dutos de condução de força (DCF) são magneticamente parecidos com os segmentos de constrição, na característica de manter o plasma restrito ao centro de cada canal, e o impulsionam peristálticamente em direção às naceles de dobra, onde as bobinas de campo de dobra (BCD) utilizam a energia para propulsão.

Os DCF saem da engenharia para trás, onde interceptam os suportes do motor de dobra. Cada duto é fabricado de seis camadas alternantes de tritânio e borosilicato de alumínio transparente, que são soldados juntos por transição de fase para formar uma única estrutura resistente à pressão. As ligações com a câmara de reação são juntas que contêm explosivos de corte, e podem se separar do núcleo em 0,08 segundos, no caso da ejeção do mesmo. As juntas são instaladas durante a fabricação e não podem ser reutilizadas

Os dutos de transferência de força levam a energia até as naceles.

Tomadas do sistema de eletroplasma (SEP) estão localizadas em três pontos ao longo do DCF, a 5, 10 e 20 metros de distância das juntas explosivas. Tomadas do SEP estão disponíveis em três tipos, dependendo de sua aplicação. As do Tipo I tem uma capacidade de fluxo de 0,1 para sistemas de alta potência. As do Tipo II tem capacidade de 0,01 para dispositivos experimentais e as do Tipo III aceitam saídas de baixa potência para aplicações de conversão de energia.

CRM-A e os dois DCFs levando o plasa até as naceles

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