¿Cuánta energía podría producir la Enterprise-D?

Memory Alpha explica que

El núcleo warp era uno de los más poderosos de la Flota Estelar, generando aproximadamente 12,75 mil millones de gigavatios de energía. (TNG: "Verdadera Q")

La cita exacta es:

AMANDA: Es difícil imaginar cuánta energía se está aprovechando allí.

DATOS: La imaginación no es necesaria. La escala es fácilmente cuantificable. Actualmente estamos generando doce punto siete cinco mil millones de gigavatios por (suena una alarma)

( Fuente )

Entonces, ¡eso es 12,75 millones de terravatios que el núcleo warp Enterprise-D fue capaz de producir!

También parece que esa no es la cantidad máxima. Según las reliquias :

SCOTT: Geordi, los escudos resistirán. No te preocupes por eso. Puedo obtener algunos gigavatios extra de estos bebés.

( Fuente )

Ahora, sé que eso es para los escudos, pero parece indicar que la potencia de salida podría ser un poco más, pero probablemente no una gran cantidad.

Con respecto a lo que Riker estaba hablando sobre:

En 2365, el cuartel general de mando de Daled IV utilizó un sistema de comunicación que se originó a partir de una fuente de teravatios, que era necesaria para penetrar en la atmósfera del planeta. Según el comandante William T. Riker, "esa es más energía de la que podría generar toda nuestra nave", lo que significa que carecían de la capacidad de responder al comunicado . (TNG: "El Delfín")

( Fuente )

Es decir, el sistema de comunicación de toda la nave no podía producir un terravatio.

De acuerdo con el extracto del guión a continuación, esto parece confirmarse:

DATA: Señor, los sensores indican que la comunicación se originó en una fuente de teravatios en el planeta.

RIKER: Eso es más energía de la que puede generar toda nuestra nave.

DATOS: Es lo que se necesita para penetrar en la atmósfera.

RIKER: Lo que significa que carecemos de la capacidad de responder, señor.

( Fuente )

Solo a juzgar por esta cita que pone la explicación de Riker en contexto, parece que por 'barco completo' se refería a 'todo el sistema de comunicación del barco'. ¡Sería bastante pobre si un primer oficial no supiera la producción de energía de la nave!

Este sitio , citando el Manual Técnico de Star Trek: La Próxima Generación, dice que la Clase Galaxy tenía un

salida total 50.000 teravatios

para los fásers. Ahora, ese es un sistema separado con un límite superior que no se acerca a la energía total producida por el núcleo warp.

En cuanto a la razón fuera del universo, como sugiere el comentario de Stan a continuación, tenga en cuenta que The Dauphin estaba mucho antes de True Q y el Manual técnico de TNG aún no se había publicado, por lo que, desde una perspectiva fuera del universo, Riker probablemente se refería a la salida de toda la nave como de un teravatio . Desde una perspectiva en el universo, esto se contradice más tarde en True Q con la cifra más realista de 12,75 mil millones de gigavatios, por lo que resolvemos esta contradicción asumiendo que, en el universo, Riker se refería solo al sistema de comunicación.

Esta no es específicamente una respuesta a la pregunta, pero iba a ser un comentario a la maravillosa respuesta de N_soong, pero terminó siendo demasiado larga y a medio camino de una respuesta en sí misma.

El equipo de comunicaciones no es algo a lo que simplemente pueda arrojar más potencia. Si una antena no está sintonizada con la potencia y la frecuencia de la transmisión, tendrá algunos problemas importantes debido a lo que se conoce como potencia reflejada.

Cuando la antena no está sintonizada con el transmisor, no sale toda la potencia de la antena. Cualquier energía que no se apague debe volver al transmisor. En el mundo de la electrónica, esto se conoce como SWR y es una relación entre la potencia directa (lo que sale de la antena) y la potencia reflejada.

En los niveles más bajos, puede salirse con la suya con una antena que no está exactamente sintonizada con el resto del sistema, pero cuando aumenta la potencia, debe ser mucho más estrecho en lo que hace una antena específica. Esto se debe al hecho de que el transmisor solo puede recibir cierta cantidad de energía antes de que se fríe.

El 10% de 1 megavatio son 100 kilovatios. El equipo de Star Trek probablemente podría manejar eso, aunque eso es más de lo que la mayoría de las estaciones de radio FM emiten en total. Sin embargo, el 10% de 1 teravatio son 100 gigavatios. Esa es una cantidad asombrosa de energía para realimentar el sistema.

Aquí hay otro enfoque para esta pregunta:

¿Cuánto tiempo puede durar una nave espacial de clase Galaxy antes de que necesite servicio? , el Enterprise-D puede transportar 3000 m^3 de antideuterio, que es suficiente para mantener la nave en funcionamiento durante tres años de funcionamiento normal (fuente: Rick Sternbach y Michael Okuda's Star Trek TNG Technical Manual ).

Según los datos del Laboratorio Nacional de Brookhaven , estimaré la densidad máxima del deuterio (en forma líquida o sólida) en ~ 0,2 g/cm^3 = 200 kg/m^3 (ya que sería líquido o sólido, incluso aumentar enormemente la presión no cambiaría mucho la densidad). Dado que el antideuterio debe tener la misma densidad:

200 kg/m^3 x 3.000 m^3 = 600.000 kg antideuterio

Ahora supongamos que los motores de la Enterprise-D pueden convertir ese antideuterio en energía con una eficiencia del 90 % (el manual especifica una eficiencia mínima del 88 % hasta warp 7.0), combinándolo con una cantidad igual de materia normal. Usando E = mc ² , eso nos daría un total de:

1.200.000 kg x (3,0 x 10^8 m/seg)^2 x 0,9 = 1,0 x 10^23 kg m^2/s^2 = 1,0 x 10^23 J de energía

[J = julios]

Y esa producción de energía total, sostenida durante un período de 3 años, nos daría una producción de energía promedio (para propulsión, que debería ser el principal consumidor de energía; el total será mayor, ya que también estarán funcionando el estéreo y A/ C) de:

1,0 x 10^23 J/(94.608.000 s) = 1,0 x 10^15 J/s = 1,0 x 10^15 vatios = 1000 teravatios

[Hay 94.608.000 segundos en 3 años.]

[En comparación, la generación total actual de energía en todo el mundo (todas las fuentes: carbón, gas, petróleo, nuclear, hidroeléctrica, eólica, solar, geotérmica, etc.) es de aproximadamente 15 teravatios = 2 kilovatios/persona].

Podemos comparar esta cifra con una que se puede estimar a partir de la tabla de uso de energía de los motores (Fig. 5.1.1. p 55), y el texto explicativo adjunto, en el mismo Manual técnico de Star Trek TNG . En la página 57, Sternbach y Okuda dicen que el Enterprise es capaz de navegar por un tiempo ilimitado (hasta que se agote el combustible) en warp 6. Así que supongamos que esa es nuestra velocidad de crucero promedio. Ahora, de acuerdo con la Fig. 5.1.1, el consumo de energía (para la propulsión) en warp 6 es de 3 x 10^6 MJ/cochrane. Por supuesto, esas son las unidades equivocadas; ya que es potencia, debe ser MW/cochrane (MW = megavatios). Así que hagamos esa corrección.

Dicen además que una burbuja de campo warp 6 tiene una intensidad de campo de 392 cochranes. Por lo tanto, la potencia requerida para la propulsión en warp 6 es:

3 x 10^6 MW/cochrane x 10^6 W/MW x 392 cochranes = 1,2 x 10^15 vatios = 1200 teravatios

¡Esto es casi lo mismo que el primer valor que calculamos! [Esto probablemente sea fortuito :).] Por supuesto, como se mencionó anteriormente, hay otros consumidores de energía además de la propulsión, pero supongo que ese es el principal, al menos para una operación sostenida.

También podemos usar el gráfico y las cifras del manual técnico para estimar una salida de potencia máxima. A su máxima velocidad teórica de warp 9.8 , tenemos:

8 x 10^9 MW/cochrane x 10^6 W/MW x 2 x 10^3 cochranes = 1,6 x 10^19 vatios = 16 millones de teravatios = 16 exavatios

Esto está muy cerca de la cifra de 12,75 millones de teravatios (= 13 exavatios) citada por Data (aunque no sé qué tan rápido viajaba el barco en ese momento). Al mismo tiempo, las cifras de 13 y 16 exavatios me parecen un poco tontas, incluso para la tecnología del siglo 24, ¡ya que son más de 100 veces la energía que la tierra recibe del sol (174 petavatios)!

Además, con una eficiencia de conversión del 90%, los motores tendrían que disipar 1 exavatio de calor, es decir, ¡10 veces la energía que la tierra recibe del sol! [Además, de acuerdo con el manual técnico, la eficiencia de conversión tiende a disminuir a altas velocidades warp.] Aunque supongo que podrían lidiar con esto diciendo que el calor se disipa en el subespacio...

Curiosamente, el artículo de Wikipedia al que se hace referencia anteriormente dice que Enterprise-D puede mantener una deformación de emergencia, 9.6, durante 12 horas. Usando el mismo tipo de estimaciones dadas anteriormente, eso requeriría 11 exavatios de potencia. Sin embargo, con esa potencia de salida, el barco consumiría su capacidad total de combustible en 3 horas. Claramente, no hay una consistencia perfecta entre estas diferentes especificaciones.

Finalmente:

Un acelerador láser de 1PW es una cosa. Aquellos en la empresa deben, en virtud de la necesidad de ir mucho más lejos y cargar mucho más rápido, necesitan más energía.

Es importante no confundir las capacidades de salida de potencia máxima (de cosas como los láseres) con la salida de potencia sostenida. Hoy somos capaces de construir un par de láseres con una potencia máxima combinada de 20 petavatios = 20.000 teravatios . Pero este dispositivo generará esa potencia durante solo 150 femtosegundos = 1,5 x 10 ^-13 s, entregando así una energía total de 3000 julios. Puede hacer un disparo por minuto, por lo que, por impresionante que sea su potencia máxima, su potencia sostenida es solo:

3000 J/min x 1 min/(60 s) = 50 J/s = 50 W

Y recuerde que cuando hablamos de la potencia de salida de los motores warp de la Enterprise-D, nos referimos a la potencia de salida sostenida.

[¡Notablemente, la salida de potencia máxima de estos láseres es> 1000 veces la salida de potencia sostenida actual de 15 teravatios de la civilización humana!]

Los datos mencionaron '12,75 mil millones de gigavatios por...' y fueron interrumpidos por la alarma en ese punto. Sin embargo, se suponía que el guión decía 'por segundo'.

La generación de energía ha sido un poco inconsistente en Trek (bien por un poco y probablemente porque en el momento en que crearon el programa, los escritores pensaron que serían números muy grandes, pero se olvidaron de los avances exponenciales), pero es más o menos menos reconciliable cuando se tiene en cuenta que la Flota Estelar y la Federación (y la mayoría de las especies espaciales de Trek) dependen de la tecnología subespacial y otras implementaciones de materia exótica en todos sus sistemas.

Hemos visto en más de una ocasión que la aplicación de la tecnología subespacial puede aumentar radicalmente la eficiencia, la potencia de salida, etc. Entonces, cuando escuchamos 'julios', 'megajulios', etc., pueden ser cifras de referencia relativas que NO toman en cuenta la aplicación de la tecnología subespacial que le da un resultado total (y fácilmente podría ser de órdenes de magnitud mayor).

Además, el episodio de Dauphin ocurrió en la Temporada 2, episodio 10. 'True Q' ocurre en la Temporada 6, episodio 6... básicamente 4 años después.

Enterprise también se sometió a una importante remodelación (y mejoras en sus armas, escudos y generación de energía después de la incursión Borg en el espacio de la Federación ("Lo mejor de ambos mundos").

Es lógico que las capacidades de generación de energía de Enterprise-D y todos los demás sistemas se hayan mejorado progresivamente durante el transcurso de TNG (en el episodio de la temporada 1 con los Bynar, recibieron una importante renovación del núcleo de su computadora, por ejemplo).

También se mencionó en el episodio de Star Trek Voyager: 'Noche' (temporada 5, episodio 1) que las naves de la Federación (o al menos la Voyager) usan una cámara transcinética y convertidores radiométricos, entre otras cosas: TORRES: Luego se procesa la antimateria residual. en la cámara transcinética, donde se descompone a nivel subatómico. EMCK: ¿Qué pasa con la radiación theta? TORRES: Oh, es absorbido por una serie de convertidores radiométricos. Reciclamos la energía, la usamos para alimentar todo, desde soporte vital hasta replicadores. EMCK: No tenemos este tipo de tecnología de conversión.

Esencialmente, describió el proceso de cómo la 'energía de desecho' se reabsorbe en el sistema y se usa para generar energía. En este sentido, las naves de la Flota Estelar emiten muy pocos o ningún subproducto de desecho para empezar (tiene sentido porque se ESTÁN enfocando en la eficiencia técnica y TODO se recicla tanto como sea posible). Cuando tienes un sistema cerrado como una nave estelar, tiene sentido. Incluso el NX-01 utilizó el reciclaje en gran medida (como convertir los desechos humanos en alimentos comestibles, un proceso que también podemos hacer hoy en día con bastante facilidad, pero el NX-01 tenía un secuenciador molecular a bordo que hizo las cosas más fáciles, y en realidad , también contamos con tecnología de fabricación molecular desde 2015 y fabricación a escala atómica controlada por IA desde 2018).

Además, las ojivas de antimateria como las de Photon Torpedoes son probablemente mucho más poderosas que solo 64 megatones, como algunas personas insinúan. Claro, pueden transportar 1,5 kg de materia y 1,5 kg de antimateria, pero los rendimientos son muy variables y estas armas también llevan tecnología subespacial y antideuterio, lo que aumenta los rendimientos explosivos generales a un rango de 690 gigatoneladas.

Aquí hay una cita de la memoria alfa:La ojiva del segundo tipo se cargó con un rendimiento máximo de solo 1,5 kilogramos de antideuterio. Debido a los reactivos premezclados, la energía liberada por unidad de tiempo fue mayor que en la ruptura de una cápsula de almacenamiento que contenía 100 metros cúbicos de antideuterio. El torpedo tenía una masa seca de 247,5 kilogramos. (págs. 129 y 68) Mediante el uso de cálculos físicos estándar, una carga útil de 1,5 kilogramos equivalía a unos 64,4 megatones. El segundo tipo, al máximo rendimiento, generó efectos destructivos mayores que en la ruptura de una vaina de antimateria. La antimateria se almacenaba como líquido o aguanieve en naves estelares. (p. 69) La densidad del mero antideuterio líquido era de alrededor de 160 kilogramos por metro cúbico. De acuerdo con esta comparación, la liberación de energía de alta tasa de aniquilación sería comparable a los efectos en una explosión de 690 gigatoneladas. En aras de la plausibilidad, el área de explosión afectada a estas intensidades podría ser extremadamente pequeña. Los efectos visuales en pantalla parecen confirmar esto. Consulte esta calculadora de antimateria para obtener más información.

Así es como puede obtener salidas de potencia de fuego a nivel de gigatones y (más adelante) teratones (tanto de armas de energía dirigida como de torpedos). Por lo tanto, las métricas de conversión estándar no se aplican porque las personas generalmente no toman en cuenta el subespacio y otros materiales que pueden (cuando se mezclan adecuadamente) producir efectos mucho más grandes.

Teniendo eso en cuenta, es razonable que los barcos de Trek empleen tecnologías que, por un lado, parecen requerir cantidades minúsculas de energía (en relación con lo que vemos hoy), pero terminan con cantidades masivas (en muchos órdenes de magnitud mayores) una vez que se tiene en cuenta en tecnología subespacial, anti-deuterio, etc.

Además, de TNG a DS9 (al menos en el episodio 'The Die is Cast' Temporada 3, Episodio 21), hay tiempo más que suficiente para la evolución exponencial de las tecnologías de armas (y otras)... más que suficiente para dar como resultado Salidas de nivel de teratones que se han estimado para la flota romulana/cardassiana que logró destruir el 30 % de la corteza planetaria en una andanada inicial.

Mi suposición es que Warp drive también podría describirse como un método de 'fuerza bruta' de FTL, ya que requiere progresivamente más y más energía a medida que avanza. Es por eso que también los requisitos de velocidad y energía aumentan prácticamente exponencialmente más allá de Warp 9.9 con cada incremento (y por qué no se vieron naves usando algo más rápido que Warp 9.9, ni siquiera Voyager, ya que su diálogo en pantalla menciona 9.75 como una velocidad máxima sostenible, no 9.975, y esto también tiene sentido, ya que está un nivel por encima de Warp 9.6, que era un máximo absoluto para Enterprise-D, al menos hasta que USS Prometheus entró en escena, que manejó Warp 9.9 sin esfuerzo como una velocidad sostenible).

Entonces, se puede decir que la generación de energía para Trek es bastante potente, y Enterprise-D es mucho más poderosa de lo que afirman algunas personas, y no sería necesariamente 'poco realista'. Por lo tanto, el tamaño del volumen interno de almacenamiento importa hasta cierto punto... incluso si el Ent-D almacena 3000 m^3 de antideuterio... el USO de esta sustancia será relativamente bajo con el tiempo y seguirá produciendo cantidades alucinantes. de potencia cuando se tienen en cuenta todas las tecnologías de mejora de potencia existentes (como subpsace) y otras cosas.

Tenga en cuenta el reciclaje de energía, y básicamente terminará con cantidades masivas de energía. Y la Federación demostró que puede ALMACENAR cantidades masivas de energía para su uso posterior (como cuando están replicando objetos... si la reciclan, esa energía puede usarse más tarde para crear otra cosa, y no es inconcebible que en realidad sean convertir la energía en materia tal como explica el diálogo).