5.0 曲速推进系统 complete #

索引

推进系统被认为是任何星舰的最主要部分，而曲速推进系统对于联邦星舰而言无疑是合乎逻辑的选择。曲速推进系统（Warp Propulsion System）这一联邦星舰进取号上最复杂和高能的组件，是这一类型设备的最新改型。这一系统使人类进入深空、促进与其他生物接触，并深刻地改变了所有在银河系里先进的科技文明。

5.1 曲速场理论及应用 Warp Field Theory and Application #

被现代科学家誉为现代曲速物理发展之父的泽弗兰·科克伦，如同前辈一样，将他的成就建立在巨人的肩膀上。于二十一世纪中叶开始，科克伦与他的传奇的工程团队的努力工作最终揭示了连续体扭曲推进（Continuum Distortion Propulsion, CDP）的基本机制。从理论上，他抓住了更高能级和超光速旅行的潜在可能，预示着超越太阳系以外的活动可能性。他的团队最终实现了快速恒星际旅行的承诺，并承担了对整个物理学体系进行仔细重新审视的额外任务。人们希望，这项工作将有助于更好地理解适用于曲速物理学的已知现象，以及受相关学科影响的「左场」思想的可能性。

他们的奋斗最后得到的是一组复杂的等式、物质方程和操作程序，描述了达成超光速飞行的必要条件。在这些最初的曲速驱动理论中，通过巨大的能量消耗，能够产生单个（或至多一对）塑形场，将时空连续体扭曲至足以驱动星舰飞行的程度。早在 2061 年初，科克伦的团队就成功地制造了一个原型场发生装置，能够产生可观的推进效果。这一装置后来被称作波动超压缩器（Fluctuation Superimpeller），最终成功让一艘无人测试飞船跨越光速（c）屏障，并在刚好稍低于和稍高于光速的两个状态下来回变换，而在每一状态之间停留的时间不长于一个普朗克长度，即 1.3×10^-43 秒——可测时间中的最小单位。如此做的净效应是，既能保持之前无法达到的光速，又能同时避免理论上无限的能量消耗。

这一早期的 CDP 引擎——当时只被非正式地称为「曲速」引擎——迅速取得了成功，并且惊人容易地被迅速纳入已有的航天器设计之中。虽然以今天的标准来看，其速度慢、效率低，但这些引擎显著减少了不必要的时间膨胀效应，并为几年而不是几十年的恒星际往返旅行铺平了道路。科克伦和他的团队最后迁移到半人马座 α 星，也就是比邻星殖民地（仰仗 CDP 推进飞行器，「只」花了 4年多），他们在那里继续探索曲速物理学的进展，这最终将带领他们彻底跨过光速壁垒，探索在此之上神秘的子空间领域。

实现这种非牛顿推进、或者不依赖于喷射排气产物的所谓无工质推进的办法，取决于利用嵌套的多层曲速场能量，每一层都对下一层场施加给定数量且可被控制的场力。这种施加力的累积效应最终能够驱动飞行器前进，这一推进方式被称为非对称蠕动场操纵（Asymmetrical Peristaltic Field Manipulation, APFM）。曲速引擎舱里的曲速线圈遵照从前到后的顺序加电，其点火频率决定了曲速场层的数量，更高的曲速层级将需要单位时间内维持更多的曲速场层，也即更高的点火频率。每个新场层从曲速机舱向外膨胀，并随着与机舱之间距离的变化经历快速的力耦合与解耦，同时以 0.5-0.9c 的转移速度将能量传导至下一层并与其分离。这使得曲速推进仍然能够在常规物理学所容许的范围内发生，并且有效地绕过了广义、狭义和变换相对论的限制。在发生力耦合的过程中，辐射能将产生必要的向子空间的转换，这将降低飞船的表观质量，从而促进飞船以平滑的方式逐层穿过曲速场的能量层。

曲速能量测量 Warp Power Measurement #

科克伦是用来测量子空间压力的单位。它也被用于测量其它空间操控装置产生的场扭曲程度，包括牵引光束、偏导仪和人工合成 重力场。低于曲速 1 的场以毫科克伦为单位衡量。

一个强度达到或高于 1,000 毫科克伦/ 1 科克伦的子空间场，将有足够的场强成为我们熟悉的曲速场。曲速场强度随着曲速层级的 变化以几何级数增长，它是一个关于各曲速场层数值总和的函数。请注意，给定曲速值的科克伦值即对应以该曲速级飞行的航天器的 表观速度。例如：以曲速 3 级飞行的星舰即要维持一个至少 39 科克伦的曲速场，那它的速度就是 39 倍光速。

曲速级数取整数的近似值如下：
曲速 1 级 = 1 科克伦
曲速 2 级 = 10 科克伦
曲速 3 级 = 39 科克伦
曲速 4 级 = 102 科克伦
曲速 5 级 = 214 科克伦
曲速 6 级 = 392 科克伦
曲速 7 级 = 656 科克伦
曲速 8 级 = 1,024 科克伦
曲速 9 级 = 1,516 科克伦

曲速场的实际值取决于恒星际空间的气象条件，例如气体密度、银河系不同区域的电磁场强度，以及子空间域的波动现象。星舰通常以光速的整数倍飞行，但会受到由于量子阻力和动态能量震荡引发的效率降低与能量损失影响。

维持曲速场所需要的能量值由关于该曲速场科克伦值的函数所决定。然而，最初产生某一层级的曲速场将需要显著更高的能量，这被称为峰转捩（过渡）临界值。一旦超过这个值，维持目前的曲速场所需的的能量将显著降低。尽管目前的引擎设计允许人们控制前所未有的能量，但曲速线圈的电动力学效率也会随着曲速的提高而降低。不幸的是，目前正在进行的研究表明，并没有可预见的新材料突破能够获得更高曲速下的持续航行能力。

曲速场超过某一给定的曲速层级，但并没有足够的能量突破转捩临界值达到下一个层级，这就是所谓的分数倍曲速。显然以高于上一整数曲速层级的分数倍曲速层级航行将会显著更快，但在长程航行时通常建议将星舰直接加速到下一个整数曲速层级以节省能量。

理论局限 Theoretical Limits #

尤金极限（Eugene’s Limit）允许曲速场压力渐渐增加，其值可以接近但不能到达曲速 10。在曲速层级接近 10 的过程中，能量的需求将以几何级数增加，但如前文所述，线圈效率将会迅速下降。与此同时，所需求的曲速场层耦合与解耦速度将会迅速上升到一个不可达到的频率，不仅超出了飞控系统的能力，更重要的是会超过普朗克时间的限制。即便理论上需要的无限大能量在某种情况下可能实现，一个达到曲速 10 的物体也将会有无限大的速度，并同时占据空间中的每一点。

作者注

弄清楚曲速到底有多「快」是相当复杂的，但不仅仅是由于「科学」的原因。首先，当然，我们必须满足所有粉丝的期望——新船必须比旧船更快，而且最好快得多。其次，我们还得满足教主的重新调整愿望，而他想要将曲速的尺度定义得绝对精准，而且最顶端必须是无穷大。其实这两个都还好说，但我们很快就发现，要满足这两个机制，画出来的曲线很容易就会让曲速变得非 常 快——在超过某一特定曲速层级之后，星舰的曲速会快到能在几个月里横穿整个银河系的程度。(而且这样也会让银河系显得太小，就不符合 ST的剧情范式了。)最后，我们还得给某些特别牛逼的外星人留点空间，比如 Q 这种能够打个响指在广告之后马上回来的时间里把星舰丢到银河系另一头去的种族。最终我们的解决手段是重新绘制整个曲速曲线图，让曲速的指数曲线在前期想对平缓地增长，然后在接近曲速 10 时急剧抬升。在曲速 10 时，对应指数（和速度）将会达到无穷大，所以你永远也达不到曲速 10。（速度和时间关系是奥田做了个 Excel 表格算出来的。）这样就能让 Q 和他的好朋友们在曲速 9.9999 后面跟着无数个 9 的速度下愉快玩耍，同时还能让我们的主角以足够慢的速度慢慢爬，让银河系显得足够大，并满足其他所有要求。（顺便，我们估算了一下，发现在「Where No OneHas Gone Before」(1x15)里旅者把进取号加速到了大约曲速 9.9999999996 的速度。搭便车可真省事诶。）

曲速推进系统 Warp Propulsion System #

银河级星舰所安装的曲速推进系统包含三个主要组成部分：物质/反物质反应组件、能源传输导管和曲速引擎舱。整个系统产出的能量被用于其主要用途，即推进进取号在太空中航行；此外也被用于其次要用途，为舰上的必要高能高容量设备供能，包括偏导护盾、相位阵列、牵引光束、主偏导仪和计算机核心等。

初版推进系统性能文件于 2343 年 7 月 6 日发送给乌托邦平原舰队船坞，其设计指标为直到燃料耗尽前可维持的常规巡航速度为曲速 5、最大巡航速度曲速 7，最大冲刺速度为曲速 9.3，能够保持 12 小时。这些理论指标目标是由计算机模拟仿真所确定的，同时确定的飞船总质量为 650 万吨。但在接下来的半年内，在总体设计冻结前，星际舰队出于如下因素，即:

1. 联邦成员国内部政治局势的变化；
2. 威胁技术水平发展的情报预测；
3. 更高性能星舰能够获益的科学项目数量，对银河级的总体需求进行了重新评估。

重新评估后，由结构、分系统和推进工作小组对新方案进行了进一步计算机仿真建模，重新确定的性能指标在 2344 年 12 月 24日重新发给乌托邦船坞。调整之后的性能要求为巡航速度曲速 6、最大巡航速度曲速 9.2，最大冲刺速度曲速 9.6，续航指标不变。通过内部布局的调整和新材料的运用，飞船总质量大幅降低到 496 万吨。

随着总体设计终于冻结，原型引擎组件随即开始制造，并使用了已有舰船的元件作为参考。建造了电子样机，将所有主要组件的计算机模型整合到一个总系统模型中以测试系统的理论性能特性。第一次全系统仿真测试最终在 2356 年 4 月 16 日于乌托邦船厂进行，并在两天后向星际舰队进行了演示。在性能研究推进的同时，原型组件也开始制造。系统的核心——需要约束住狂暴的正-反物质湮灭反应的曲速反应室，最初受到了材料失效问题的困扰，并因此拖延了初始开发进度。通过使用六氟化钴加强内部反应室内衬以强化曲速核约束磁场，这一问题最终解决了。

同样的问题也困扰着曲速引擎舱本身的建造。曲速引擎舱的关键内部组件——用于将核心能量转换为推进曲速场的鍡素聚硅酸盐 947/952 合金线圈，在原型制造的早期阶段里无法达到飞行标准公差所允许的密度和形状。这一问题通过对过长的熔炉冷却过程进行调整也解决了。

值得注意的是，在曲速引擎舱与核心之间的能源传输导管并未出现问题。对导管原型件的详细分析表明它们可以轻易承受结构及电动力学负载，而其基本功能与一个世纪前的前任相比几乎没什么变化。

在原型舰的船体组装和测试工作达到可安装引擎的水平之后，引擎上舰工作便立即开始。能源传输导管在船体建造过程中就已经埋入在曲速舱吊架内部，只待对接曲速舱和安装曲速核心。2356 年 3 月 5 日，原型舰 NX-70637——此时尚未被命名为银河号，作为航天器首次达到了可飞行状态。

5.2 物质/反物质反应装置
Matter/Antimatter Reaction Assembly #

正如曲速推进系统是联邦星舰进取号的心脏那样，物质/反物质反应装置（M/ARA）则是曲速推进系统的心脏。物质/反物质反应装置一般也被称为曲速反应堆、曲速引擎核心，或主机核心。核心内所产生的能量，除用于其主要用途，即星舰的推进之外，还被用于满足其他星舰主要系统的使用需求。物质/反物质反应装置（M/ARA）也是星舰上的主要产能系统，因其物质/反物质反应的能量输出是脉冲推进系统的标准聚变反应的 106 倍。

物质/反物质反应装置由四个子系统组成，分别是反应物注入器、磁箍缩段、物质/反物质反应室和能源传输管道。

反应物注入器 Reactant Injectors #

反应物注入器负责预备并将精确控制的物质和反物质燃料流注入曲速核心。物质反应物注入器（Matter Reactant Injector，MRI）从工程舰体背部凸起处的主氘贮箱（Primary Deuterium Tankage, PDT）接受过冷氘，并通过连续气体聚变过程对其进行部分预燃，随后通过一系列可节流喷嘴将产生的气体送入上部磁收缩段。物质反应物注入器是一个直径 5.2×6.3 米的锥形结构容器，由弥散强化的 woznium 碳化钼构成。25 个减震气缸将其与主氘贮箱和 30 号甲板的船体主结构框架构件相连，使其与轮机舰体的其余部分保持98%的热隔离。这一结构使得整个曲速推进系统实际上「漂浮」在星舰舰体内，以承受最高可达三倍于理论最大值的运作应力。

MRI 中包含有六个冗余的交叉输送注入器组成的注入器组，每个注入器由双联氘进料阀组、燃料调节器、聚变预燃器、磁冷浸组件、传输管道/气体混合器、喷嘴和相关控制硬件组成。呈浆氢状态的氘以受控的流速进入进料阀组，并通过调节器进行冷却，使浆氘的温度刚好略高于固相转变点。浆氘由此形成聚变燃料粒，并以磁箍缩聚变的方式进行预燃，然后通入气体混合器，并将聚变产生的等离子体温度控制在 106K。喷嘴随后将聚焦、对准并推动气流进入收缩段。如果任何一个喷嘴发生故障，混合器会继续向其余喷嘴供应气体，并稍微扩张以维持供应量。喷嘴的尺寸为 102×175 厘米，由 2343 号 Frumium 铜钇合金(frumium-copper-yttrium 2343)构成。

反物质反应物注入器（Antimatter Reactant Injector, ARI）位于物质/反物质反应装置的另一端。由于反物质燃料天然的危险性，ARI 的内部设计和运作情况明显不同于 MRI。操纵和注入反氘的每个步骤都必须在磁场中进行，以保证燃料与任何星舰结构相隔离（详见 条目 5.4 ）。从某些方面来看 ARI 似乎是一个更简单的设备，因为其移动部件更少。然而，处理反物质所固有的危险性要求整套机制具有不容妥协的高度可靠性。ARI 采用与 MRI 相同的基本结构外壳和减震支柱，并为适配磁悬浮燃料管道做了调整。外壳包含有三个脉冲反物质气流分离器，其将进入的反氘分解成许多微小的易控制的小包，然后将这些小包注入下部磁收缩段。每个气流分离器都通向一个喷嘴，每个喷嘴根据计算机控制信号依次开闭。喷嘴的触发时序由与反应压力、温度和所需功率输出有关的复杂控制方程调节，故可能产生复杂的动作程序。

二锂的作用 The Role of Dilithium #

有效利用正反物质反应的关键因素是二锂晶体，这是联邦科学界已知的唯一一种在特定情况下不会与反物质发生反应的材料。这需要对其施加兆瓦级别的高频电磁场作用，从而使其能被反氢「浸透」。二锂能让反氢原子直接穿过其晶体结构而不与之发生实际接触，这是由于其中掺杂的铁原子产生的场发电机效应。晶体名称的较长晶面式为强制矩阵公式 2<5>6 dilithium 2<:>1 diallosilicate 1:9:1 heptoferranide 。这种高度复杂的原子结构是基于在某些行星系统自然形成的地理分层中发现的简单形式晶体。多年以来，其都被认为无法用已知或预测的气相沉积方法进行再生，直到核外延（nuclear epitaxy）和反共晶技术（anti eutectics）取得突破，从而能够通过利用伽马辐射轰击的 theta 基体合成技术合成二锂，供星舰运行和常规发电所使用。\

物质/反物质反应室产能 M/ARC Power Generation 由 MCPC 管理的引擎的正常启动顺序如下：

1. 从冷机状态开始，依靠来自等离子体电力系统（EPS）和物质反应物注入器的组合能量输入，以及来自上部磁箍缩段的「挤压」，系统的总压力及温度将被逐渐提高到 250 万开尔文。

2. 最初一分钟运作的反物质量将由反物质反应物注入器从下方注入。下部磁箍缩段线圈阵列会挤压反物质流，并将其与上方的物质反应物注入器相对齐，使两股物质流在物质/反物质反应室内部三轴坐标完全一致的一点上碰撞。反应截面的最大半径为 9.3 厘米，最小为 2.1 厘米。上部与下部磁箍缩段的反应物流截面可按功率设定调节。

   此处将有两种不同的反应模式。第一种是在亚光速下时，核心产生高能级能量，并网接入等离子电力系统为全船供电，类似于标准聚变反应堆的工作模式。二锂晶体安装架的晶体定向控制杆会将二锂放置在平行于物质/反物质流的两个面边缘上，与核心坐标 XYZ_B 0,0,125 重合，此处的 125 是反应物截面半径。反应以二锂为媒介进行调控，使产生的电磁辐射频段收窄到 10¹² 至 10²⁰ Hz 之间。

   第二种模式则充分利用二锂的能力，从而对反应起到部分缓冲作用，以产生需输送给曲速引擎舱的关键脉冲频率。在这一模式下，三轴坐标将由二锂晶体安装架的三轴调节动作控制，将准确的理论数学碰撞点置于二锂晶体上表面 20 埃处（见 条目 5.2.2 ）。在这一状态下，引擎工作的理想频段将按给定的曲速层级进行连续调制。

   无论处于何种模式下，湮灭反应都将在反应室中心发生。此时物质/反物质混合比恒定在 25:1，引擎处于所谓的「慢车」状态下。

3. 引擎压力缓慢增加至 72,000 千帕，约 715 个大气压，此时反应点的正常工作温度是 2×10¹²K。物质反应物注入器和反物质反应物注入器喷嘴开启，让更多的反应物进入容器内。为了开始产能，反应物混合比将调节至 10:1。在曲速航行模式下，这同时也是达到曲速 1 级所需的基本混合比。随着曲速层级或所需能级的增加，反应物混合比也不断提高，直至曲速 8 时变为 1:1。此后更高的曲速层级将会提高反应物流量，但混合比保持不变。

根据具体情况，还可以采用其他的启动模式。

能源传输导管 Power Transfer Conduits #

当整个引擎系统启动时，产生的高能等离子体会被分成两股，沿着舰体的中心线几乎呈直角分布。能源传输导管（Power Transfer Conduits, PTC）的电磁特性与磁箍缩段非常相似，因为它们同样需要将高能等离子体约束在自己的中线上，并驱动其流动到所需位置——对于 PTC 而言是曲速引擎舱，从而将等离子体载能提供给曲速场线圈。

能源传输导管从轮机室艉侧一直延伸至曲速引擎吊架。每条管道均由六层交叠的三钛和透明铝硼硅酸盐加工而成，通过相变焊接形成一个单一的抗压结构。连接在反应室上的导管接头是爆炸断面结构，在需要抛弃曲速核心的情况下可以在 0.08 秒内与核心分离。除此之外，接头常规情况下是在制造时就焊死在曲速核心上的，因此不能被重复使用。

等离子电力系统（Electro Plasma System, EPS）阀门设置在沿能源传输导管接头下游 5、10、20 米的三处位置上。等离子电力系统阀门有三种主要类型，取决于实际应用情形。I 型将提取 10%的流量以供应高能系统；II 型则提取 1%的能量，主要供给实验设备；III 型则会提取相对而言更小的能量输出，并经换能后用于其他用户端。

5.3 曲速场引擎舱 Warp Field Nacelles #

由物质/反物质反应室产生的高能等离子体沿着能源传输导管传导，并很快到达它的终点——曲速引擎舱。这也是实际推进工作完成的部分。机舱由许多主要部件组成，包括曲速场线圈（Warp Field Coil, WFC）、等离子体喷注系统（Plasma Injection System, PIS）、紧急分离系统（Emergency Separation System, ESS）和维护对接口。

机舱的基本结构与星舰的其余部分相似。三钛和鑽铀结构框架组件通过纵向加强筋相连，其上覆盖 2.5 米厚的伽马焊接三钛蒙皮。三层额外的定向强化的 cobalt cortenide 内防护层用于应对高水平的曲速感生应力，尤其是在吊架上的引擎舱挂点固定位处。引擎舱结构上的所有隔框和蒙皮内部均有三倍冗余于需求的波导管用于 SIF 和 IDF 系统。曲速场线圈的减震气缸组件和等离子喷注系统的热绝缘支柱也连接在曲速引擎舱结构的隔框内结构上。

紧急分离系统（ESS）在等离子喷注系统出现灾难性故障，抑或战斗及其他情况下导致曲速引擎舱损坏并且无法确保其能安全留在舰上时使用。10 组爆炸结构闩锁起爆，从而将引擎舱以 30 m/s 的速度炸离星舰。

在星站靠泊和低亚光速飞行中，当物质/反物质反应堆不工作、引擎舱内没有等离子体时，配备了标准对接环的工蜂或穿梭机可对接到维护对接口，让轮机人员和必要的检修设备进入引擎舱内部。常规的监视工作则在舰内通过穿过吊架的单人小型涡轮电梯完成。

等离子体喷注系统 Plasma Injection System #

在每条能源传输导管的终端是等离子体喷注系统，由与曲速引擎控制器直接相连的一系列 18 个电磁阀喷注器组成。每个线圈组对应一个喷注器，其点火时序随正在执行的曲速飞行操作而定。喷注器由 arkenium duranide 和单晶 ferrocarbonite 制成，并配有 nalgetium serrite 制造的磁箍缩环形线圈。控制输入和反馈由 12 组冗余的光学数据网络（ODN）链路进行处理。由于计算机与引擎之间存在的物理距离，在每次初始起动和曲速机动时，从计算机发出指令到喷注器动作都会存在不可避免的微小滞后。这些滞后会被相位同步软件预测迅速平滑，以确保对引擎尽可能接近实时操作。

喷注器的开闭周期可在 25 纳秒-50 纳秒之间变换。喷注器的每一次点火都会将对应线圈暴露在能量爆发中，并被转换成曲速场。在曲速 1-4 级时，喷注器以低频率（30 赫兹-40 赫兹）喷注，并以较短的 25 纳秒-30 纳秒间隔开启。在曲速 5-7 级时，喷注频率从 40 赫兹上升 50 赫兹，同时喷注器的开启时间更长，为 30 纳秒-40 纳秒。在曲速 8-9.9 级的速度下，喷注器的点火频率将保持在最高的 50 赫兹，但开闭周期会受到电磁阀残余电荷、潜在的与曲速核心能量频率相共振冲突及输入/反馈控制过程可靠性等因素的影响，不能大幅延长。在高曲速下可接受的最长安全工作周期通常为 53 纳秒。

曲速场线圈 Warp Field Coils #

推动联邦星舰进取号所需的能量场由曲速场线圈产生，并由舰体的几何外形所辅助塑形。线圈将产生一个围绕着星舰的致密多层曲速场，对场型的操纵将产生所需的推进效应，让星舰达到乃至超过光速 c。

线圈本身位于机舱内部，是分离的两个半环形状，每个半环段尺寸为 9.5×43 米，由致密钨-钴-镁合金构成用于结构加固的核心体，并嵌入电致密化的鍡素聚硅酸盐合金铸件内。一对完整的线圈高 21 米、宽 43 米，质量为 34,375 吨。两具机舱中每具各安装 18对线圈，每具机舱的线圈组总质量约为 123 万吨，约占星舰总质量的 25%。如之前 条目 5.1 所述，在银河级研发项目的早期阶段，线圈的制造过程被发现非常难以可靠地重复。尽管后来材料和加工程序上的改进使星舰可以使用更为精确且重复性更优的产品，但在将线圈对安装到引擎舱内并使其精确配对的工艺方面仍有待成熟。因此，在主要星站船坞进行线圈翻新更换作业期间，安装的最新和最老线圈之间寿命差不应超过 6 个月。

当被激励时，线圈组中的鍡素聚硅酸盐合金会引起等离子体的载能频率向深子空间域偏移。随着鍡素聚硅酸盐合金在普朗克尺度 3.9×10^-33 厘米处引发空间几何形状的变化，从线圈的内表面到外表面约 1/3 处将形成子空间场能量的量子包。转换后的子空间场能量从线圈的外表面流出，并从机舱向外辐射。在线圈中线处会发生一定量的场能重组，并表现为可见光辐射的释放。

曲速推进 Warp Propulsion #

推进效应是由许多因素共同作用的结果。首先，场形成在星舰艏艉方向上可控。当等离子体喷注器按顺序点火时，曲速场层会根据等离子体中的脉冲频率形成，并如前文所述相互嵌套。所积累的场层力降低了飞船的表观质量并提供所需的速度。关键的转折点在于当飞船对于外部观察者而言似乎达到并超过光速时。当曲速场能量达到 1,000 毫科克伦，飞船将在小于普朗克时间——1.3×10^-43秒的时间内达到表观超光速，而曲速物理会确保飞船不会永远精确地处于光速。每个机舱的前三组曲速线圈在工作时需要产生轻微的频率偏移，以强化巴萨德冲压采集器前方的曲速场并包络碟部。这将有助于产生驱动飞船前进所需的场不对称。

其次，通过使用一对曲速引擎舱来产生两个平衡的、互相作用的曲速场，以利于飞船机动。2269 年，对单机舱和多机舱（多于两个）布局进行了相关实验工作，并很快得出结论，即双机舱是最适合产能与飞船控制的方案。通过在两组曲速线圈中引入可控时间差，就能够修改整个曲速场的几何形状而改变飞船的航向，由此来完成飞船的机动。通过这种手段可以轻易完成 XY 平面的偏航机动控制，而俯仰机动则受到时间差和等离子体密度组合因素的影响。

第三，星舰的船体几何外形有助于平滑进入曲速的过程，并产生几何校正矢量。碟部模块的特征外形是为满足其最初作为紧急着陆飞行器的概念而设计的，但其呈 55° 椭圆的平面外形同样有助于塑造艏部曲速场构型。船体艉部的底切允许不同角度的场流附着，从而有效避免因引擎舱过于远离飞船 Y 轴上质心可能引发的旋转。在碟部模块分离和战斗模块独立运行期间，交互曲速场控制器软件会调整曲速场的几何形状，以适应改变后的飞船外形（详见 条目 5.1 ）。在单一或全部曲速机舱意外损失的情况下，星舰将出现线性分离，因为结构的不同部分将会处于不同的曲速层级覆盖下。

5.4 反物质存储和运输 Antimatter Storage and Transfer #

自 20 世纪 30 年代被证实存在以来，具有相同质量但电荷和自旋方向相反的物质的概念引起了科学家和工程师们的兴趣，他们将其作为一种获得前所未有的能量的手段，用于驱动大型航天器。

宇宙学理论认为宇宙的所有组成部分都是成对产生的。也就是说，一个物质粒子总会有一个反物质粒子相对应。直到今天，为什么我们的银河系及其附近似乎都存在着对物质的显著倾向，都还是一个被热烈讨论的话题。尽管如此，所有基本粒子的反粒子如今都已全部被合成出来，可供进一步实验和实际操作使用。

当一对反物质粒子，譬如，电子和反电子（或正电子）接近时，它们就会相互湮灭，并产生高能伽马射线。其他粒子-反粒子对会湮灭成不同的亚原子粒子和能量的组合。航天工程师特别感兴趣的是氘（氢的同位素）及其等量反物质湮灭的理论结果。尽管如此，在制造一种可行的反物质引擎过程中所面临的困难，与其性能可能带来的收益一样巨大。自它被创造的那一刻开始，反物质就不能与任何物质接触，更遑论收容。人们提出了许多利用磁场约束收容反氢的方案，这最终成为公认可接受的手段。相当数量的反氢以液态，或更优的是以浆氢的形式被收容在磁约束容器中，但任何磁约束装置的故障都将带来巨大的风险。在过去的 50 年里，可靠的超导场维持装置和其他改进措施为星际舰队在运行中舰船上使用反物质的安全提供了显著保障。

对于在进取号上的使用而言，反物质首先在星际舰队的燃料设施中使用太阳能-聚变组合电荷反转设施生产。生产设施将质子和中子束转化为其的反粒子，然后通过正电子束加速器注入正电子，从而形成反氘。即便有了太阳能的额外补充，这一过程也会有 24%的净输入能量损失，但作为能让星际舰队具备执行远程恒星际航行任务的代价来说，这是完全可接受的。

反物质由磁性导管进行转运，最终被存入燃料设施的分隔贮箱中，在此过程中始终保持在磁约束下。在早期星舰上，通常采用在建造时就与结构设计为一体的整体分隔贮箱装载反物质，但在经常经历高应力和机动飞行的飞船上，这种贮存方式很快就被证明并不适宜。在正常的补给过程中，反物质通过外部装载口，一个配有 12 组物理硬对接锁和磁虹膜阀的 1.75 米直径环形杆-锥式对接口进行传输。反物质装载口位于 42 号甲板上，在其周围是 30 个反物质贮存吊舱，每个长 8 米、直径 4 米，由聚鑽铀构成，并有由 ferric quonium制造的内部磁场层。每个贮箱的最大容积为 100 立方米，30 个贮箱加起来总共可提供 3,000 立方米的反物质储备，足够三年标准任务周期所需。每个贮箱都由经屏蔽防护的导管连接到一系列燃料分配导管、流量控制器和等离子电力系统电源输入。在需要快速加注——通常是为紧急情况预备——的情况下，整个反物质贮箱组件（Anti-matter Storage Pod Assembly, ASPA）可在不到一小时内迅速通过千斤顶取下并更换。

在磁约束失效的情况下，出现故障的组件将被微聚变点火器以 40 米/秒的初速弹射离舰，确保在约束磁场衰减、反物质与贮箱结构接触之前远离飞船（见 条目 5.9 ）。尽管即便在常规情况下也可以通过直接更换少部分贮箱的方式补给燃料，但通过磁泵加注仍是大多数时候推荐的选择。

由于反物质天生的高度不稳定性，即便被约束在贮箱内，反物质也不能通过传送机进行移动，除非对模式缓冲器、传输导管和发射极均事先进行大量的安全改装。尽管如此，使用传送运输容纳在经安全认证的磁约束设备内的少量反物质，在特殊情况下——通常是特定的工程或科学需要——是可允许的例外。

当星舰航行在恒星际空间的时候，由星际舰队补给舰进行反物质补给是可能的。但使用油轮或补给舰运输反物质燃料总是被认为有较大风险，这不是因为贮存大量反物质的硬件和工程问题，而是因为经提取的反物质是一种高价值资产，且在运输过程中非常脆弱，极易遭到敌对势力的捕获或破坏。任何使用补给舰进行的燃料运输都要求有星际舰队巡洋舰进行护航作为标准安全程序。

作者注

大多数有幸参观我们的主轮机室布景的观众都会对「真正置身于进取号上」的感觉印象深刻。即便如此，还是少了些东西，这「有些东西」就是通过背景音效所获得的，几乎是潜意识的氛围感。观众们很少意识到这一点，不过这种极具辨识度的引擎低沉轰鸣声，与舰桥上的设备运作声一样，能够给人以极其强烈的「身临其境」的感觉。TNG 的音效设计主要由助理制片人温蒂·纽斯负责。在联合制片人彼得·拉里森的监管下，温蒂负责管理由音效编辑主管比尔·韦斯特罗姆，音效编辑吉姆·沃文顿和助理音效编辑富田正男组成的这支艾美奖最佳音效编辑得主团队。（进取号上使用的许多音效最初开发也由教主、里克·伯曼，鲍勃·贾斯曼和布鲁克·布雷顿这些领导层所参与。）

大部分音效都是经过大量数字处理的结果，但其来源可能让人大受震撼。即便有了先进的混音技术，我们的音响团队通常还是更喜欢从「自然」的音效录音开始，因为他们觉得这样混出来的和声要比纯合成音更加富有层次感且有趣。舰桥的背景音实际上是高度处理过的空调噪音。著名的「嗤」的开门声是来自信号枪的声音，然后加入了沃文顿用鞋跟磨地板的音效，再用 Modern Sound 合成。大多数进取号的音效都会有意让人联想到原初系列的音效，只是听起来更高科技。实际上，一些音效，比如说相位炮和通讯器，就是直接从 TOS 拿过来的。外星人的声音来源就更广泛了，譬如二元人（来自「11001001」(1x15)）的声音是通过将音源库中女演员的简短音频输入 Synclavier 合成器中，然后以非常快的速度倒放得到的。「Tin Man」(3x20)的内部音效其实是用听诊器录下来的沃文顿的胃蠕动的声音，然后经过合成器调整。哦对，沃文顿有话要说：『在剧集完结之前我没有和任何人提过这个声音的真正来源，因为我不想让任何人觉得恶心……』

5.5 曲速推进系统燃料供应 Warp Propulsion System Fuel Supply #

曲速推进系统（WPS）的燃料供应包含在轮机舰体的主氘贮箱（PDT）中。主氘贮箱也为脉冲推进系统（IPS）提供燃料。主氘贮箱通常装载处于-259℃或 13.8K 温度的浆氘。贮箱结构由强化基体的 2378 号 cortanium 和不锈钢制成，交替层叠铺设的发泡聚酸乙烯晶须硅铜硬锰隔热层伽马焊接到箱体上。

在箱体上由标准精密相位切割器开出供支持容器、燃料管线和燃料传感器等设备所需的开口。共有 4 条主燃料供应导管从主氘贮箱连往物质反应物注入器，此外还有 8 条交叉输送导管通往碟部辅助贮箱，另有 4 条导管通往主脉冲引擎。

包括为结构损伤导致损失容积预留的余量在内，主氘贮箱的总容积为 63,200 立方米，但正常的氘燃料装载量为 62,500 立方米。在典型多任务剖面下，与反物质燃料同样，满载氘燃料可满足三年的使用供应。

与任何被建造用于储存氢燃料的贮箱一样，随着时间的推移，一定比例的氘分子也会渗透穿过贮箱壁。主氘贮箱的泄漏率测定值为小于 0.00002 千克/天。所有辅助贮箱的测定值也一样。

氘由多种物质经过标准电离心分馏得到，这包括海水、外行星或其卫星上的雪和冰、彗星核，以及由它们经冷凝分馏得到的液体。不同的物质可能会分馏出不同比例的氘和尾矿，但星际舰队的标准设施都可以对其进行有效处理。氘补给舰的数量远多于反物质补给舰，且可以在接警数日之内赶到提供紧急燃料供应。

银河级星舰有两个氘燃料装载口，沿着轮机舰体龙骨分布，位于贮箱的尾端上。装载口的对接机构可提供与星站或维护港口的硬对接，装载口的其他部分还包括压力平衡和贮箱吹扫的进排气口，以及与补给站计算机相连接的光学数据网接口。

5.6 巴萨德冲压采集器补给燃料 Bussard Ramscoop Fuel Replenishment #

当银河级星舰处在氘燃料补给舰的补给半径之外时，仍可通过所配备的一系列高能电磁线圈装置自主从星际介质中收集低级别物质以补给燃料。这被称为巴萨德冲压采集器，以首先提出此概念的 20 世纪物理学家和数学家罗伯特 W·巴萨德命名。

采集器产生指向电离辐射和一个塑形磁场，从而吸引并压缩银河系中的稀薄气体。这些气体，尽管其密度可能每立方厘米只有一个原子，仍可能持续从中提取出少量氘作为燃料补给。在高亚光速下飞行时这一积累效应会非常明显，尽管因明显的相对论效应，技术上并不推荐在这一状态下长时间飞行（见 条目 6.2 ），但可以在曲速航行状态下采集到更多的应急贮备。虽然与其所搭配的反物质无法用这种方式从宇宙空间获取，但其可以通过舰上的量子电荷反转装置来制取（见 条目 5.7 ）。

这将使处于紧急情况下的星舰继续消耗能量储备，这是一个可接受的事实；但它能至少给予星舰哪怕是最小的额外生存机会。

每一个曲速引擎舱的前端都有一组巴萨德冲压采集器，主要包括三个主要部件：电离波束发射器（Ionizing Beam Emitter，IBE），磁场发生/采集器（Magnetic Field Generator/Collector，MFG/C）和连续循环分馏器（Continuous Cycle Fractionator，CCF），在其前方由弧面形状的引擎舱前整流端盖防护。前盖也是星舰上最大的单体成型部件，由强化聚硬铀成型制造，对发射极所产生的窄波段电离辐射透波以使其可投射到星舰前方。发射极产生的电离能量将使得空间中的中性粒子带电，从而能够被磁场收集。在曲速航行时，电离辐射将被转换到子空间频率，使其仍然能够以超光速投射到星舰的前方，然后在脱离子空间场后浮出到正常空间并衰减为常规电磁波，从而仍能发挥其预期效能。

在端盖后方且起到支撑作用的是磁场发生/采集器，这是一组 6 个紧密排布的线圈，设计用于在星舰前方产生磁场「网」住带电粒子，并将其吸引向冲压进气格栅。线圈使用钴-镧-Boronite 合金制造，其能源可直接由曲速引擎舱能源传输导管接入，也可以来自公用等离子电力系统电网。在亚光速情况下，磁场正如预期的那样向前展开；而到了曲速下，线圈将反转其磁场构型，不是吸引、而是反之排斥接近物质令其减速。显而易见，巴萨德采集器系统需与航行偏导仪系统紧密配合，毕竟在常规运作时航行偏导仪的职能就是将航行路线上的所有物质偏转走，并避免它们接近飞船。在使用冲压采集器的时候，偏导仪和磁场发生器将配合工作，在偏导场上产生微小的空洞以让稀薄气体通过。

进入采集器进气道的气体将会到达紧随其后的连续循环分馏器，其将持续不断对进气按原子量进行分馏，并分离出不同级别被认为可供曲速引擎使用的物质。分离出的气体会被压缩，并加压输送到轮机舰体内的暂存贮箱存贮以备后用。

5.7 舰上反物质生产 Onboard Antimatter Generation #

如前文所述，银河级具备潜在紧急情况下生产相对少量反物质的能力。从各方面来看，这个过程都非常耗费能量和物质，在任何运作情况下都可能绝非最佳手段。但与巴萨德采集器一样，舰载的反物质发生器可能在最需要的时候提供关键的燃料供应。

反物质发生器位于 42 号甲板，周围环绕着曲速推进系统的其他组件。其由两个关键组件组成，即物质入口/调节器(Matter Inlet/Conditioner, MI/C)和量子电荷反转装置(Quantum Charge Reversal Device, QCRD)。整个发生器的尺寸约为 7.6×13.7米，质量为 1,400 吨。它是舰上最重的单个组件之一，仅次于曲速场线圈。物质入口/调节器使用传统的三钛和聚硬铀制造，因为其只需要处理如氘燃料这样的低温流体。量子电荷反转装置则采用交替层叠的超致密强化基体聚硬铀钴钇合金和 854 号钾基 argium 构成。其设计用于产生所需的能量放大，从而捕获并收集亚原子粒子、翻转它们的电荷，并将反转之后的反物质收集起来，储存到附近的反物质贮箱中。

量子电荷反转装置所依靠的技术类似于如传送装置、结构完整性力场、惯性阻尼器等其他能够在量子水平上操纵物质的设备。在转化过程中，正常物质在入口处会被拉伸成直径不超过 0.000003 厘米的细流。物质流随后在磁悬浮状态下被加压输送进入量子电荷反转装置中，并分组冷却到千分之一开尔文以下，然后暴露在一个短周期静滞场中，以充分抑制分子热运动。在静滞场衰减的同时，聚焦的子空间场会在亚原子结构的深处作用，使被「冻结」的质子、中子和电子自旋与电荷发生翻转。翻转后的物质，现在已是反物质，继续以磁悬浮约束状态被送出装置，并储存起来。这套系统的常规转换速率为 0.08 立方米/小时。

可以说，一定量的氘所包含的总潜能，可以使一艘星舰航行相当长的一段距离。但在危机情况下，如果只能将这些能量以聚变反应的形式运用在亚光速航行中，其作用可能不比完全浪费强多少。恒星际航行只能以比亚光速脉冲航行高上成千上万倍的超光速进行，因此生产反物质在某些情况下无疑是必要的。这一过程的唯一缺陷是，每 10 个单位用于供能驱动发生器的氘聚变燃料，最终只能产出 1 个单位的反氘。换句话说，热力学定律决定了这个生产过程所消耗掉的能量必须大于产出反物质所能提供的可用能量。尽管如此，它仍然提供了所需要的生存资源，让星舰有机会能够最终与星站或补给舰汇合并得到救援

5.8 轮机运作与安全考虑 Engineering Operations and Safety #

所有的曲速推进系统硬件都是按照标准的星际舰队平均故障间隔时间(Mean Time Between Failures, MTBF)监测和更换计划 来进行维护的。由于物质/反物质反应组件的高使用率，其所有主要组件都被设计成拥有尽可能高的可靠性和故障间隔时间。标准的飞 行中常规预防性维护对曲速引擎并不适用，因为曲速核心和能源传输导管的检修工作必须在可支持 5 级工程维修的星站或船坞设施才 能进行。当停靠在这些设施之一时，核心可以被取下并拆解，以进行各种维护和检修工作，如更换磁箍缩段线圈等关键部件、对内部 保护层进行翻修及对燃料导管进行自动探伤和维修等。主曲速核的平均大修间隔为 10,000 工作小时。

在曲速推进系统关机时，船员可进入核心内部并接触物质和反物质注入器，以进行仔细的组件检修和更换。在物质注入器中，需 要进行预防性维护的组件包括氘进料阀组、燃料调节器、聚变预燃器、磁冷浸组件、传输管道/气体混合器、喷嘴和相关控制硬件等； 在反物质注入器中，则是脉冲反物质气流分离器和喷嘴。在飞行中，可以对二锂晶体安装架进行部分拆解，以用非破坏性测试 (Non-Destructive Testing, NDT)方法进行探伤。防护层可在不需要星站支持的情况下进行移除和更换。在反应物注入器内部，缓 冲气缸需要在每 5,000 个工作小时后进行拆除和替换。

在曲速引擎机舱内，大多数传感器硬件和控制线路都可以直接触及并进行检修和更换。在曲速核关机、等离子体排空的情况下， 船员或无人遥控设备也可以进入引擎舱内部对曲速线圈进行检查。等离子体喷注器可以在航行中自主进行维护，但全面更换仍需要借 助星站的协助。与其他部件一样，防护层可以作为常规预防性维护计划的一部分进行翻新。在低亚光速下，船员可以通过维护对接口 进入机舱进行上述工作。

处理浆氘和液氘时需要考虑诸多安全措施，最常规的是让所有在低温流体附近工作的人员都穿上舱外服保护自身。所有燃料加注 作业及相关操作都必须由遥操作完成，除非问题发展到必须要船员进行人工检查的程度。暴露在低温环境下的关键危险包括材料脆化 问题，即便在穿着低温防护服的情况下也无法避免。因此，在整个操作过程中都必须非常小心，以避免直接接触超低温流体，所有可 能的近距离作业都必须等到有专门工具之后才能在严格遵循紧急规章的情况下进行。

5.9 紧急关车程序 Emergency Shutdown Procedures #

曲速推进系统运行时的运作安全规程必须被严格遵守。通常而言，超载状态下，推进系统的额定设计功率水平和运行时间很容易就会被达到或超过。整套系统受到计算机干预的保护，这也是整个内稳态过程的一部分：由星际舰队人力因素专家设计的曲速推进系统操作软件用于确保对曲速引擎的健康状态提供所谓的「过度保护」。在降低活动水平时，可以使用命令越权覆盖操作。

这套系统的意图并非制造人机冲突，相反，指挥人员所受到的训练要求他们学会充分利用软件编程的特点来最大限度强化星舰的操作耐性。当压力和热载荷超出上限并可能威胁到船员安全时，计算机将自动发出紧急关车指令。常规的曲速推进系统关车程序包括将等离子体排出曲速引擎使线圈断电，关闭反应物注入器并将残余气体排出。在这种情况下，脉冲推进系统将接管动力供应。在特定的紧急关机情况下，在反应物注入器关闭的同时等离子体将立即排出，从而让系统在十分钟内迅速惰化，并回到冷机状态。可能来自天体冲击或作战损伤的高外力作用则会让计算机进行风险权衡，以确保在执行紧急降功率或关车之前，有一个尽可能长的「安全」超载过程，供星舰逃离险境。

5.10 灾难性紧急程序 Catastrophic Emergency Procedures #

在特定的应力条件下，曲速推进系统可能会承受不同程度的损伤，通常来自外部。其中大部分都可以修复，使系统恢复航行状态。然而，可能会有一个或多个曲速推进系统部件遭遇完全、不可修复且快速的损伤，从而构成灾难性故障。对于曲速推进系统损伤及其引发的舰船损毁，标准处置程序包括但不限于：关闭或防护任何可能对飞船造成进一步损坏的系统，评估曲速推进系统的损坏情况及其对船体造成的附带损伤，并封堵船体气密破损和封锁任何不再宜居的内部区域。

根据计算机和船员的损管评估，将会自动切断受影响系统上游的燃料和能源供应。在可行的情况下，工作人员将穿着压力服进入受损区域，以确保受损系统完全惰化，并在必要时对相关系统进行维修。如果曲速推进系统是在作战情况下受损，那么船员可选择在压力服外装备额外的柔性多层装甲插板，以保护自身免受战斗中可能出现的意外能量释放影响。同时轮机人员将可能决定暂缓对故障系统进行惰化，直到星舰能够逃离危险。同样的，局势将决定对曲速推进系统损坏部件的具体维修工作是立即还是暂缓进行。

尽管出于安全考虑应尽可能保存完整硬件，但在某些情况下，损坏的硬件将被抛弃。当所有紧急程序——这包括了曲速核周围的多层安全力场——都已无法约束严重的曲速推进系统损伤时，有两种最终手段可选，都包括了将整个曲速核心弹射离舰，此外也可能将反物质贮箱组件也弹射走。第一种选项是手动触发程序，第二种则是自动计算机动作。

当曲速核压力容器所受到的损坏已经严重到会突破安全力场时，就将选择弹出曲速核心。此外，若损坏严重到会超出结构完整性力场系统维持星舰完整的能力，导致已经无法将曲速核安全留在舰上时，同样也会执行弹射，无论曲速核心是否仍在工作和推进。在大多数此类情况下，船员和星舰其余部分的生存将会优先于任务进行。如果脉冲推进系统仍可工作，星舰仍可能进行一定程度的机动以增加生存率。主计算机内编有对此类场景特化的程序，能够对利于人员获救的行动手段给出建议。在作战情况下，当曲速核被弹出并远离到安全距离后，就会被指令自毁。

除曲速核之外，反物质贮箱组件也可能受到损伤影响，并最终积累到同样需要将其紧急弹出星舰的水平。由于舰上的反物质燃料总储备中含有的能量若意外释放将足以蒸发全舰，因此对反物质约束装置设置了多重冗余的安全系统，以确保约束装置故障造成的影响状况尽可能降到最低。与曲速核一样，反物质贮箱所出现的结构和系统损坏将由计算机分析评估，并决定是否将反物质贮箱组件推离星舰。除了应急计算机程序外，人工弹出也是可行的，但即便在紧急情况下也并不推荐，因为弹出反物质贮箱将涉及对电磁阀和传输导管吹扫动作的一系列时间要求严苛的动作，紧急情况下凭人工操作极难完成。