Wie viel Energie könnte die Enterprise-D produzieren?

Memory Alpha erklärt das

Der Warpkern war einer der stärksten in der Sternenflotte und erzeugte ungefähr 12,75 Milliarden Gigawatt Leistung. (TNG: "Wahres Q")

Das genaue Zitat lautet:

AMANDA: Es ist schwer vorstellbar, wie viel Energie dort eingesetzt wird.

DATEN: Phantasie ist nicht erforderlich. Die Skala ist leicht quantifizierbar. Wir erzeugen derzeit zwölf Komma sieben fünf Milliarden Gigawatt pro (ein Alarm geht los)

( Quelle )

Das sind also 12,75 Millionen Terrawatt, die der Enterprise-D- Warpkern produzieren konnte!

Es scheint auch, dass dies nicht die maximale Menge ist. Laut Relikten :

SCOTT: Geordi, die Schilde werden halten. Mach dir darüber keine Sorgen. Ich kann aus diesen Babys ein paar zusätzliche Gigawatt herausholen.

( Quelle )

Nun, ich weiß, das ist für die Schilde, aber es scheint darauf hinzudeuten, dass die Ausgangsleistung etwas höher sein könnte, aber wahrscheinlich keine große Menge.

In Bezug auf das, worüber Riker sprach:

Im Jahr 2365 nutzte die Kommandozentrale von Daled IV ein Kommunikationssystem, das aus einer Terawatt-Quelle stammte, die notwendig war, um die Atmosphäre des Planeten zu durchdringen. Laut Commander William T. Riker „ist das mehr Energie, als unser gesamtes Schiff erzeugen könnte“, was bedeutet, dass sie nicht in der Lage waren, auf das Kommuniqué zu reagieren . (TNG: „Der Dauphin“)

( Quelle )

Das heißt, das Kommunikationssystem des gesamten Schiffes konnte kein Terrawatt produzieren.

Laut dem Auszug aus dem folgenden Skript scheint sich dies zu bestätigen:

DATEN: Sir, Sensoren zeigen an, dass die Kommunikation von einer Terawatt-Quelle auf dem Planeten stammt.

RIKER: Das ist mehr Energie, als unser gesamtes Schiff erzeugen kann.

DATEN: Es wird benötigt, um in die Atmosphäre einzudringen.

RIKER: Was bedeutet, dass wir nicht in der Lage sind zu reagieren, Sir.

( Quelle )

Nur nach diesem Zitat zu urteilen, das Rikers Erklärung in einen Kontext stellt, scheint es, als habe er mit "gesamtes Schiff" "das gesamte Kommunikationssystem des Schiffes" gemeint. Es wäre ziemlich arm, wenn ein Erster Offizier die Energieabgabe des Schiffes nicht wüsste!

Diese Seite , die das technische Handbuch von Star Trek: The Next Generation zitiert, sagt, dass die Galaxy-Klasse eine hatte

Gesamtleistung 50.000 TeraWatt

für die Phaser. Nun, das ist ein separates System mit einer Obergrenze, die nicht annähernd der Gesamtenergie entspricht, die vom Warpkern erzeugt wird.

Was den Grund außerhalb des Universums betrifft, wie in Stans Kommentar unten vorgeschlagen, bedenken Sie, dass The Dauphin lange vor True Q war und das technische Handbuch von TNG noch veröffentlicht werden musste, also wahrscheinlich Riker aus einer Perspektive außerhalb des Universums bezog sich auf die gesamte Schiffsleistung von etwa einem Terawatt . Aus universeller Sicht wird dies später in True Q mit der realistischeren Zahl von 12,75 Milliarden Gigawatt widerlegt, daher lösen wir diesen Widerspruch auf, indem wir annehmen, dass Riker sich im Universum nur auf das Kommunikationssystem bezog.

Dies ist keine spezielle Antwort auf die Frage, sondern sollte ein Kommentar zu N_soongs wunderbarer Antwort sein, aber es war zu lang und auf halbem Weg zu einer Antwort.

Kommunikationsgeräte sind nicht etwas, auf das Sie einfach mehr Leistung werfen können. Wenn eine Antenne nicht auf die Leistung und Frequenz der Sendung abgestimmt ist, treten aufgrund der sogenannten reflektierten Leistung einige schwerwiegende Probleme auf.

Wenn die Antenne nicht auf den Sender abgestimmt ist, geht nicht die gesamte Leistung aus der Antenne. Jeder Strom, der nicht ausgeht, muss am Sender zurückkommen. In der Elektronikwelt ist dies als SWR bekannt und ist ein Verhältnis von Vorwärtsleistung (was es aus der Antenne macht) und reflektierter Leistung.

Bei niedrigeren Pegeln können Sie mit einer Antenne davonkommen, die nicht genau auf den Rest des Systems abgestimmt ist, aber wenn Sie dort oben in der Leistung höher werden, müssen Sie die Leistung einer bestimmten Antenne viel enger eingrenzen. Dies liegt an der Tatsache, dass der Sender nur so viel Energie aufnehmen kann, bevor er gebraten wird.

10 % von 1 Megawatt sind 100 Kilowatt. Star Trek-Equipment könnte das wahrscheinlich bewältigen, obwohl das mehr ist, als die meisten UKW-Radiosender insgesamt ausgeben. Allerdings sind 10 % von 1 Terawatt 100 Gigawatt. Das ist eine erstaunliche Menge an Energie, die in das System zurückgespeist werden muss.

Hier ist eine andere Herangehensweise an diese Frage:

Ab Wie lange hält ein Raumschiff der Galaxy-Klasse, bevor es gewartet werden muss? , kann die Enterprise-D 3.000 m^3 Anti-Deuterium transportieren, was ausreicht, um das Schiff drei Jahre lang im Normalbetrieb am Laufen zu halten (Quelle: Star Trek TNG Technical Manual von Rick Sternbach und Michael Okuda ).

Basierend auf Daten des Brookhaven National Laboratory schätze ich die maximale Dichte von Deuterium (in flüssiger oder fester Form) auf ~ 0,2 g/cm^3 = 200 kg/m^3 (da es flüssig oder fest wäre, selbst eine starke Erhöhung des Drucks würde die Dichte nicht wesentlich ändern). Da Anti-Deuterium die gleiche Dichte haben sollte:

200 kg/m^3 x 3.000 m^3 = 600.000 kg Anti-Deuterium

Nehmen wir nun an, die Triebwerke der Enterprise-D könnten dieses Anti-Deuterium mit einer Effizienz von 90 % in Energie umwandeln (das Handbuch gibt eine Mindesteffizienz von 88 % bis Warp 7,0 an), indem sie es mit einer gleichen Menge normaler Materie kombinieren. Unter Verwendung von E = mc ² ergäben wir insgesamt:

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

[J = Joule]

Und diese Gesamtenergieabgabe über einen Zeitraum von 3 Jahren würde uns eine durchschnittliche Leistungsabgabe geben (für den Antrieb, der der Hauptstromverbraucher sein sollte; insgesamt wird es mehr sein, da sie auch die Stereoanlage und A/ C) von:

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

[Es gibt 94.608.000 Sekunden in 3 Jahren.]

[Im Vergleich dazu beträgt die gesamte derzeitige weltweite Energieerzeugung (alle Quellen – Kohle, Gas, Öl, Kernkraft, Wasserkraft, Wind, Sonne, Geothermie usw.) etwa 15 Terawatt = 2 Kilowatt/Person.]

Wir können diese Zahl mit einer vergleichen, die aus der Leistungsverbrauchstabelle für die Triebwerke (Abb. 5.1.1. S. 55) und dem begleitenden erläuternden Text im selben technischen Handbuch von Star Trek TNG geschätzt werden kann . Auf Seite 57 sagen Sternbach und Okuda, dass die Enterprise in der Lage ist, unbegrenzt lange (bis ihr Treibstoff aufgebraucht ist) bei Warp 6 zu fliegen. Nehmen wir also an, das ist unsere durchschnittliche Reisegeschwindigkeit. Nun, gemäß Abb. 5.1.1 beträgt der Stromverbrauch (für den Antrieb) bei Warp 6 3 x 10^6 MJ/Cochrane. Das sind natürlich die falschen Einheiten; Da es sich um Leistung handelt, sollte es MW / Cochrane (MW = Megawatt) sein. Nehmen wir also diese Korrektur vor.

Sie sagen weiter, dass eine Warp-6-Feldblase eine Feldstärke von 392 Cochranes hat. Somit ist die für den Antrieb bei Warp 6 erforderliche Leistung:

3 x 10^6 MW/Cochrane x 10^6 W/MW x 392 Cochranes = 1,2 x 10^15 Watt = 1200 Terawatt

Dies entspricht fast dem ersten Wert, den wir berechnet haben! [Das ist wohl Zufall :).] Natürlich gibt es, wie oben erwähnt, neben dem Antrieb noch andere Stromverbraucher, aber ich gehe mal davon aus, dass das der größte ist, zumindest für den Dauerbetrieb.

Wir können auch die Grafik und die Zahlen im technischen Handbuch verwenden, um eine maximale Ausgangsleistung abzuschätzen. Bei seiner maximalen theoretischen Geschwindigkeit von Warp 9,8 haben wir:

8 x 10^9 MW/Cochrane x 10^6 W/MW x 2 x 10^3 Cochranes = 1,6 x 10^19 Watt = 16 Millionen Terawatt = 16 Exawatt

Dies kommt der von Data angegebenen Zahl von 12,75 Millionen Terawatt (= 13 Exawatt) sehr nahe (obwohl ich nicht weiß, wie schnell das Schiff damals fuhr). Gleichzeitig erscheinen mir die 13 und 16 Exawatt-Zahlen selbst für die Technologie des 24. Jahrhunderts ein wenig albern, da sie mehr als das 100-fache der Leistung sind, die die Erde von der Sonne erhält (174 Petawatt)!

Darüber hinaus müssten die Motoren bei einem Umwandlungswirkungsgrad von 90 % 1 Exawatt Wärme abführen, dh das Zehnfache der Energie, die die Erde von der Sonne erhält! [Außerdem neigt die Umwandlungseffizienz laut dem technischen Handbuch dazu, bei hohen Warp-Geschwindigkeiten abzunehmen.] Obwohl ich vermute, dass sie damit umgehen könnten, indem sie sagen, dass die Wärme in den Subraum abgeführt wird ...

Interessanterweise besagt der oben erwähnte Wikipedia-Artikel, dass die Enterprise-D den Notfall-Warp 9.6 für 12 Stunden aufrechterhalten kann. Unter Verwendung der gleichen oben angegebenen Schätzungen würde dies 11 Exawatt Leistung erfordern. Bei dieser Leistung würde das Schiff jedoch seine gesamte Treibstoffkapazität in 3 Stunden aufbrauchen. Es gibt also eindeutig keine perfekte Konsistenz zwischen diesen verschiedenen Spezifikationen.

Endlich:

Ein 1PW-Laserbeschleuniger ist eine Sache. Die Mitarbeiter des Unternehmens müssen – da sie viel weiter gehen und viel schneller aufladen müssen – mehr Strom benötigen.

Es ist wichtig, Spitzenleistungsfähigkeiten (von Dingen wie Lasern) nicht mit anhaltender Leistungsabgabe zu verschmelzen. Heute sind wir in der Lage, ein Laserpaar mit einer kombinierten Spitzenleistung von 20 Petawatt = 20.000 Terawatt zu bauen . Dieses Gerät gibt diese Leistung jedoch nur für 150 Femtosekunden = 1,5 x 10 ^-13 s ab und liefert somit eine Gesamtenergie von 3000 Joule. Es kann einen Schuss pro Minute ausführen, so beeindruckend seine Spitzenleistung auch ist, seine Dauerleistung beträgt nur:

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

Und denken Sie daran, wenn wir über die Leistungsabgabe der Warp-Antriebe der Enterprise-D sprechen, beziehen wir uns auf die anhaltende Leistungsabgabe.

[Bemerkenswerterweise beträgt die Spitzenleistung dieser Laser mehr als das 1000-fache der aktuellen 15 Terawatt Dauerleistung der menschlichen Zivilisation!]

Die Daten erwähnten „12,75 Milliarden Gigawatt pro …“ und wurden an diesem Punkt durch den Alarm unterbrochen. Das Skript sollte jedoch "pro Sekunde" sagen.

Die Stromerzeugung war in Trek ein wenig inkonsistent (ein bisschen in Ordnung und wahrscheinlich, weil die Autoren zu der Zeit, als sie die Show erstellten, dachten, das wären sehr große Zahlen - aber sie vergaßen exponentielle Fortschritte), aber es ist mehr oder weniger vereinbar, wenn man berücksichtigt, dass die Sternenflotte und die Föderation (und die meisten raumfahrenden Trek-Spezies) in all ihren Systemen auf Subraumtechnologie und andere Implementierungen exotischer Materie angewiesen sind.

Wir haben mehr als einmal gesehen, dass die Anwendung der Subraumtechnologie die Effizienz, die Leistung usw. radikal steigern kann. Wenn wir also „Joule“, „Megajoule“ usw. hören, können dies relative Basiswerte sein, die NICHT gelten Berücksichtigen Sie die Anwendung der Subraumtechnologie, die Ihnen eine Gesamtleistung liefert (und leicht um Größenordnungen höher sein könnte).

Außerdem kam die Dauphin-Episode in Staffel 2, Folge 10 vor. „True Q“ kommt in Staffel 6, Folge 6 vor … im Grunde 4 Jahre später.

Enterprise wurde nach dem Einfall der Borg in den Raum der Föderation ('Best of Both Worlds') auch einer umfassenden Überholung unterzogen (und Upgrades an Waffen, Schilden und Energieerzeugung).

Es liegt nahe, dass die Stromerzeugungsfähigkeiten von Enterprise-D und alle anderen Systeme im Laufe von TNG schrittweise verbessert wurden (in der Episode der ersten Staffel mit den Bynars erhielten sie beispielsweise eine umfassende Überholung ihres Computerkerns).

Es wurde auch in Star Trek Voyager Folge: 'Nacht' (Staffel 5, Folge 1) erwähnt, dass Föderationsschiffe (oder zumindest Voyager) unter anderem eine transkinetische Kammer und radiometrische Konverter verwenden: TORRES: Die restliche Antimaterie wird dann verarbeitet in der transkinetischen Kammer, wo es auf subatomarer Ebene abgebaut wird. EMCK: Was ist mit der Theta-Strahlung? TORRES: Oh, es wird von einer Reihe radiometrischer Konverter absorbiert. Wir recyceln die Energie und verwenden sie, um alles mit Energie zu versorgen, von der Lebenserhaltung bis hin zu Replikatoren. EMCK: Wir haben diese Umwandlungstechnologie nicht.

Im Wesentlichen beschrieb sie den Prozess, wie „Abfallenergie“ wieder in das System aufgenommen und zur Stromerzeugung verwendet wird. In diesem Sinne emittieren Sternenflottenschiffe zunächst sehr wenig oder gar keine Abfallnebenprodukte (es macht Sinn, weil sie sich auf technische Effizienz konzentrieren und ALLES so viel wie möglich recycelt wird). Wenn Sie ein geschlossenes System wie ein Raumschiff haben, macht es Sinn. Sogar der NX-01 nutzte in großem Umfang Recycling (z. B. die Umwandlung menschlicher Abfälle in essbare Lebensmittel - ein Prozess, den wir heute auch ziemlich einfach durchführen können, aber NX-01 hatte einen molekularen Sequenzer an Bord, der die Dinge einfacher machte - und tatsächlich , seit 2015 verfügen wir auch über molekulare Fertigungstechnologie und seit 2018 über KI-gesteuerte Fertigung im atomaren Maßstab).

Außerdem sind Antimaterie-Sprengköpfe wie die in Photon Torpedos wahrscheinlich viel mächtiger als nur 64 Megatonnen, wie manche Leute andeuten. Sicher, sie können 1,5 kg Materie und 1,5 kg Antimaterie tragen, aber die Ausbeuten sind sehr unterschiedlich und diese Waffen tragen auch Subraumtechnologie und Anti-Deuterium, was die Gesamtexplosionsausbeute auf eine Reichweite von 690 Gigatonnen erhöht.

Hier ist ein Zitat von Memory Alpha:Der Sprengkopf des zweiten Typs war mit einer maximalen Ausbeute von nur 1,5 Kilogramm Antideuterium geladen. Aufgrund der vorgemischten Reaktanden war die pro Zeiteinheit freigesetzte Energie größer als beim Bersten einer Speicherkapsel mit 100 Kubikmetern Antideuterium. Der Torpedo hatte eine Trockenmasse von 247,5 Kilogramm. (S. 129 & 68) Unter Verwendung von Standardphysikberechnungen entsprach eine Nutzlast von 1,5 Kilogramm etwa 64,4 Megatonnen. Der zweite Typ erzeugte bei maximaler Ausbeute die zerstörerischen Auswirkungen, die größer waren als bei einem Bruch einer Antimateriekapsel. Antimaterie wurde als Flüssigkeit oder Matsch auf Raumschiffen gelagert. (S. 69) Die Dichte von rein flüssigem Antideuterium betrug etwa 160 Kilogramm pro Kubikmeter. Gemäß diesem Vergleich wäre die Energiefreisetzung mit hoher Vernichtungsrate vergleichbar mit den Auswirkungen bei einer 690-Gigatonnen-Explosion. Aus Gründen der Plausibilität könnte die betroffene Explosionsfläche bei diesen Intensitäten extrem klein sein. Visuelle Effekte auf dem Bildschirm scheinen dies zu bestätigen. Weitere Informationen finden Sie in diesem Antimaterie-Rechner.

Auf diese Weise können Sie Feuerkraft auf Gigatonnen- und (später) Teraton-Ebene erhalten (sowohl von gerichteten Energiewaffen als auch von Torpedos). Standardkonvertierungsmetriken gelten also nicht, weil die Leute normalerweise Subspace und andere Materialien nicht berücksichtigen, die (wenn sie richtig gemischt werden) massiv größere Effekte erzeugen können.

In Anbetracht dessen ist es vernünftig, dass Trek-Schiffe Technologien einsetzen, die auf der einen Seite winzige Mengen an Energie zu benötigen scheinen (im Vergleich zu dem, was wir heute sehen), aber am Ende mit massiven Zahlen (um viele Größenordnungen größer) enden, wenn man berücksichtigt in der Subraumtechnologie, Anti-Deuterium usw.

Außerdem gibt es von TNG bis DS9 (zumindest in der Folge „The Die is Cast“, Staffel 3, Folge 21) mehr als genug Zeit für eine exponentielle Entwicklung von Waffen- (und anderen) Technologien … mehr als genug, um daraus zu resultieren Ausgänge auf Teraton-Niveau, die für die romulanische/cardassianische Flotte geschätzt wurden, die es schaffte, 30 % der planetaren Kruste in einer Eröffnungssalve zu zerstören.

Meine Vermutung ist, dass der Warp-Antrieb auch als „Brute-Force“-Methode von FTL beschrieben werden könnte, da er immer mehr und mehr Energie erfordert, je schneller Sie fahren. Aus diesem Grund steigen auch die Geschwindigkeits- und Energieanforderungen mit jedem Inkrement über Warp 9.9 hinaus praktisch exponentiell an (und warum tatsächlich keine Schiffe gesehen wurden, die etwas schnelleres als Warp 9.9 verwendeten - nicht einmal die Voyager, da ihr Bildschirmdialog tatsächlich 9,75 als maximal nachhaltige Geschwindigkeit erwähnt, nicht 9.975 - und das macht auch Sinn, da dies eine Stufe über Warp 9.6 liegt, was ein absolutes Maximum für Enterprise-D war - zumindest bis die USS Prometheus die Szene betrat, die Warp 9.9 mühelos als nachhaltige Geschwindigkeit verwaltete).

Man kann also sagen, dass die Stromerzeugung für Trek ziemlich stark ist, und die Enterprise-D ist viel leistungsfähiger als das, was manche Leute behauptet haben – und es wäre nicht unbedingt „unrealistisch“. Die interne Volumengröße des Speichers ist also bis zu einem gewissen Punkt von Bedeutung ... selbst wenn das Ent-D 3.000 m ^ 3 Anti-Deuterium enthält ... die VERWENDUNG dieser Substanz wird im Laufe der Zeit relativ gering sein, während immer noch unglaubliche Mengen produziert werden der Kraft, wenn Sie alle vorhandenen Technologien zur Leistungsverbesserung (wie Subspace) und andere Dinge berücksichtigen.

Berücksichtigen Sie das Recycling von Energie, und Sie erhalten im Grunde genommen riesige Mengen an Strom. Und die Föderation hat gezeigt, dass sie riesige Energiemengen für die spätere Verwendung SPEICHERN kann (z. B. wenn sie Objekte replizieren ... wenn sie sie recyceln, kann diese Energie später verwendet werden, um etwas anderes zu erschaffen - und es ist nicht unvorstellbar, dass sie dies tatsächlich tun würden Energie in Materie umwandeln, so wie es der Dialog erklärt).