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LES MOTEURS A IMPULSION
Rôles et Principes de base
Evolution
Configuration des moteurs à impulsions
Contrôle des moteurs à impulsion
Réserve de carburant de l'IPS
Considérations relativistes
Conclusion
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Opérations techniques et de sécurité & Procédures d'arrêt d'urgence règles des opérations de sécurité

1 Rôles et Principes de base

C'est dès la fin du XXI e siècle que les premiers voyages réalisés par des vaisseaux à moteurs à impulsion (réacteurs à fusion) purent avoir lieu, malgré les problèmes relativistes engendrés par des vitesses dépassant un quart de la vitesse de la lumière.
Aujourd'hui encore ces moteurs sont utilisés pour les vols subluminiques interplanétaires et interstellaires, durant les manœuvres d'accostages ou de séparation de la soucoupe mais également à fournir de l'énergie à l'ensemble des équipements de bord.

A bord de la plupart des vaisseau de la Fédération, le moteur à impulsion est alimenté par un ou plusieurs réacteurs à fusion qui emploient comme carburant du deutérium pour produire un plasma d'hélium et beaucoup d'énergie.

Qu'est ce que la fusion ?

La fusion nucléaire, pour être correct, est très répandu dans l'univers puisque elle a lieu au sein des étoiles. Ainsi l'origine de l'énergie provient de la fusion nucléaire des noyaux d'hydrogène qui composent l'essentiel de la masse solaire. Elle a déjà eu lieu sur terre avec l'explosion de la première bombe à hydrogène. La fusion des noyaux dégagent une quantité d'énergie très importante et la température est intense : la matière se trouve à l'état de plasma (les atomes sont totalement ou presque dépouillés de leurs électrons périphériques).
Dans le cas des moteurs qui nous préoccupent, nous savons que c'est un plasma d'hélium qui est éjecté. La réaction éjectant un tel plasma et procurant le plus d'énergie à base de deutérium est la réaction de fusion deutérium/tritium.

Comburants de la fusion

Le deutérium et le tritium sont des isotopes de l'hydrogène. L'hydrogène possède un noyau constitué d'un proton. Le deutérium a également un noyau constitué d'un proton mais possède en plus un neutron. Le tritium possède un noyau semblable à celui de l'hydrogène mais avec deux neutrons.
Au XX e siècle, le deutérium est obtenu à partir de l'eau lourde, elle-même préparée par électrolyses successives de solutions aqueuses. Le tritium quand à lui est généralement obtenu par bombardement neutronique du lithium.
Le deutérium cryogénique est la principale source de carburant pour les moteurs à réactions à impulsion dans les vaisseaux de la Fédération. Le deutérium est également utilisé comme un des réactifs dans le système de réaction matière - antimatière des moteurs à distorsion. Le deutérium étant la matière, un anti - hydrogène servant comme antimatière.


2 Evolution

La propulsion subluminique principale pour le vaisseau et la puissance auxiliaire générée pour certaines opérations sont traités par le système de propulsion à impulsion (IPS). L'IPS complet consiste en deux ensembles de moteurs marchant à la fusion nucléaire : les moteurs à impulsions principaux et les moteurs à impulsions du module soucoupe.
Les opérations nécessitant des vélocités spécifiques au-dessus de 75% de la vitesse de la lumière peuvent requérir une puissance supplémentaire provenant des moteurs de la soucoupe. Ces opérations, bien qu'offrant des options acceptables durant certaines missions, sont souvent évitées à cause des considérations relativistes et leurs difficultés inhérentes au temps.
En dépit donc de la puissance de ces moteurs, il est apparut lors du développement de la classe de vaisseau Ambassador (ex. :Enterprise NCC1701-C), qu'ils ne parviendraient pas à apporter l'impulsion nécessaire.
En effet, au cours de son histoire, Starfleet a construit des vaisseaux de plus en plus grand (l'Enterprise NCC17101-C est presque deux fois plus long que l'Enterprise NCC1701, de classe Constitution) et la classe Ambassador marqua un tournant dans l'utilisation des moteurs à impulsion.
En effet, durant la phase préliminaire de définition de la classe Ambassador, il fut déterminé que la masse combinée des véhicules du prototype NX-10521 pourrait atteindre pour le moins 3,71 millions de tonnes. La force de propulsion disponible provenant des moteurs à impulsion à fusion les plus performants, existants ou projetés, était trop juste pour être capable d'accomplir l'accélération de 10km/s² requise. Ceci nécessitait l'inclusion d'une bobine conductrice subspatiale, similaire à celles équipant les nacelles des moteurs à distorsions, qui pourrait diriger un continuum de distorsion à faible niveau sans conduire le vaisseau à travers le seuil de la distorsion.
La bobine conductrice subspatiale fut donc incluse dans les essais de la simulation informatique et il fut alors déterminé que le moteur à fusion pourrait bouger une plus large masse qu'il lui serai normalement possible, par une réaction de poussée seule, même avec les produits d'échappement (plasma d'hélium) accélérés à une vitesse proche de la lumière. Les résultats expérimentaux avec des produit d'échappement accélérés temporairement au-delà de la vitesse de la lumière donnèrent des résultats décevants, à cause du manque de retour de force couplé à la structure du vaisseau. Le travail dans ce domaine continue toutefois, dans le but d'augmenter les performance des centrales énergétiques des futurs classes de vaisseau. Dans le temps qui sépara la classe Ambassador de la classe Galaxy, des améliorations dans l'arrangement interne et dans le procédé de construction des moteurs à distorsions eurent lieu, tandis que continua la pratique d'utilisation d'un seul moteur à impulsion pour réaliser à la fois la propulsion et les fonctions de génération d'énergie, la magnétohydrodynamique et le système de conduits d'électroplasma (EPS) procurant l'énergie pour tous les systèmes du vaisseau de concert avec le noyau de réaction à distorsion.


3 Configuration des moteurs à impulsions (vaisseau de classe Galaxy)

Le moteur à impulsion principal (MIE) est localisé sur le pont 23, le long de l'axe central du hangar aux navettes. Durant le vol en mode séparé, les vecteurs de poussée du moteur sont ajustés légèrement vers "le haut"; ce qui permet d'équilibrer au mieux le centre d'inertie.
Les moteurs à impulsion de la soucoupe sont localisés sur le pont 10 dans le plan médian et sont parallèle à la ligne centrale du véhicule.
Triangle des moteurs à impulsions(rouge)
Quatre moteurs à impulsions individuels sont regroupés ensemble pour former le MIE et 2 groupes de 2 moteurs forment les moteurs à impulsion de la soucoupe. Chaque moteur à impulsion est constitué de 4 composants de base :
- chambre de réaction à impulsion (IRC, trois par moteur à impulsion)
- accélérateur/générateur (A/G)
- un montage de bobines conductrices
- un système régissant la direction des produits d'échappement (VED).

IRC

L'IRC est une sphère blindée de 6 mètres de diamètre conçue pour contenir l'énergie libérée par une réaction conventionnelle de fusion. Elle est construite en huit couches de dispersion renforcée d'excelinide d'hafnium avec un mur d'une épaisseur total de 674 cm. Un fourreau intérieur remplaçable de fluor de gulium cristallin de 40 cm d'épaisseur protège la structure de la sphère des effets de la réaction et des radiations. Des orifices sont pratiqués dans la sphère pour les injecteurs de contrôle de la réaction (injecteurs de granules), les initiateurs de fusion standard et les senseurs. La classe Galaxy transporte normalement 4 modules IRC additionnels essentiellement comme dispositif d'alimentation en énergie de réserve, bien que ces modules puissent êtres connectés avec le système principal d'évacuation pour fournir une propulsion de secours.
Le deutérium semi-liquide provenant du réservoir cryogénique principal est réchauffé et alimente le réservoir intermédiaire d'alimentation sur le pont 9, où l'énergie de chauffe est supprimée, amenant le deutérium à un stade gelé où il est façonné en granules. Les granules peuvent avoir une taille variant de 0,5 cm à 5 cm, selon l'énergie de sortie désirée par unité de temps. Une situation de réaction de fusion en chaîne est crée par les initiateurs standard parcourant la surface intérieur de la sphère. La sortie instantanée totale est de 10^8 à 10^11 mégawatts.

Accélérateur/générateur

Le plasma à haute énergie crée durant le fonctionnement du moteur est éjecté à travers l'ouverture centrale de la sphère jusqu'à l'accélérateur/générateur. Cette station est généralement cylindrique, de 3,1 mètres de long et 5,8 mètres de diamètres, construite dans la structure d'un cristal de polyduranium et un accélérateur exhausteur de pyrovunide. Durant les opérations de propulsion, l'accélérateur est actif, augmentant la vitesse du plasma et le transmettant à la troisième étape, les bobines conductrices subspatiales. Si le moteur doit seulement fournir de l'énergie, l'accélérateur est éteint et l'énergie est dérivée par l'EPS à travers la totalité du réseau de distribution de énergie. Les produits d'échappements en excès peuvent être évacué de façon non propulsive. Le mode combiné, génération d'énergie durant la propulsion, permet au plasma évacué de passer à travers, et une portion de l'énergie est captée par le système MHD pour être envoyée au réseau d'alimentation.

Assemblage des bobines conductrices subspatiales

La troisième station du moteur est l'assemblage des bobines conductrices (DCA). Cet assemblage mesure 6,5 mètres de long et 5,8 mètres de diamètre et consiste en une série de 6 tores séparés, fabriqué chacun d'un moule de cortenide de verterium 934. L'énergie provenant du plasma accéléré quand il est conduit à travers les tores, crée les effets combinés de champs qui
- réduisent la masse apparente du vaisseau sur sa surface interne et
- facilite le glissement du vaisseau sur la surface extérieur du continuum espace-temps.

Système de guidage des produits d'échappement

L'étape finale est le système régissant la direction des produits d'échappement (VED). Le VED consiste en une série de palettes mobiles et des glissières conçues pour expulser les produits d'échappement d'une manière contrôlée. Le VED est capable de diriger les modes de propulsion ou non propulsion (par simple échappement).
Aperçu schématique d'un moteur à impulsion


4 Contrôle des moteurs à impulsion

Le système de propulsion à impulsion est dirigé à travers des routines informatiques contenu dans les ordinateurs principaux du vaisseau. Comme avec les processeurs de commande du système de propulsion à distorsion, des algorithmes génétiques apprennent et adaptent en continu les expériences impliquant l'utilisation des moteurs à impulsion et réalisent les modifications appropriées en traitant à la fois les commandes externes volontaires et les opérations purement autonomes. Les entrées de commandes vocales et au clavier sont validés et conciliés avec le processus en cours dans l'ordinateur principal. Elles sont transmises au coordinateur de commande de l'IPS pour l'acheminement aux moteurs pour exécution. Le coordinateur de commande de l'IPS est relié avec son homologue dans le WPS pour les transitions de vols impliquant l'entrée et la sortie en distorsion. Des routines informatiques spécifiques réagissent pour prévenir un champ d'énergie fratricide (conflits non désirés entre le champ de distorsion et le champ des moteurs à impulsion). Le coordinateur de commande est également relié avec le système de contrôle de réaction (RCS) pour l'attitude et l'adaptation du contrôle à toutes les vitesses.
L'écran de contrôle des systèmes de propulsion à distorsion est un écran mural qui incorpore un schéma du système de propulsion à impulsion et montre les performances de tous les éléments clés du système.
Ecran mural de contrôle du système IPS


5 Réserve de carburant de l'IPS

Les réserves de carburant pour l'IPS sont contenues à l'intérieur du réservoir principal de deutérium (PDT) dans le module de combat et dans un ensemble de 32 réservoirs cryogéniques auxiliaires dans le module soucoupe. Des alimentations croisées redondantes à l'intérieur du vaisseau ainsi que des routines de gestion de carburant dans l'ordinateur principal dirigent toutes les opérations de maniement du carburant durant le vol et le réapprovisionnement lors d'escale dans des bases stellaires. Tandis que le PDT, qui nourrit aussi le WPS, est normalement chargé avec du deutérium semi-liquide à une température d'environ -260° C, le réactif cryogénique stocké à l'intérieur des réservoirs de la soucoupe sont sous une forme liquide. Dans le cas où le deutérium semi-liquide doit être transféré hors du réservoir principal, il est passé à travers un ensemble de radiateurs pour augmenter la température suffisamment pour permettre un flux de carburant convenable avec un minimum de turbulences et de vibrations.
Comme avec le PDT, les réservoirs auxiliaires sont construit d'une matrice sous pression de cortanium et d'acier inoxydable, déposé en alternance en couches enroulées parallèlement et gamma - soudé. Les ouvertures dans ces réservoirs, pour les lignes de sorties et les senseurs, sont fait par des phaseurs découpeurs de précision. Ils sont installés par les téléporteurs de la flotte spatiale et peuvent être enlevé par téléportation pour entretien dans les entrepôts de maintenance de Starfleet. Le volume interne de chaque réservoir auxiliaire est de 113 m3 et est capable de stocker un total de 9,3 tonnes de deutérium liquide.

Les règles de vol de sécurité autorisent l'injection d'une quantité précise d'antimatière dans la chambre à réaction dans l'éventualité d'un sur - régime où une augmentation de la génération d'énergie est requise. Le moteur à impulsion principal est approvisionné par les installations de stockage d'antimatière dans le module de combat sur les ponts 41 et 42. Les moteurs de la soucoupe sont approvisionnés par deux réservoirs de stockage d'antimatière sur le pont 10. Il n'y a pas de possibilité de transfert d'antimatière entre les 2 sections.


6 Considérations relativistes

Alors que le vaisseau de classe Galaxy est le véhicule spatial le plus avancé de l'inventaire de Starfleet, il est peut être ironique que l'un des systèmes les plus sophistiqués peut en réalité causer un nombre de problèmes inopportuns avec son utilisation grandissante.
Comme les voyages réalisé par des vaisseaux à fusion eurent lieux vers la fin du 21e siècle, les calculs théoriques concernant le facteur tau, ou effet de dilatation du temps rencontré à des fractions importantes de la vitesse de la lumière, l'augmentèrent rapidement dans la réalité. Le temps à bord d'un vaisseau à des vitesses relativistes ralentit en accord avec le paradoxe des "jumeaux".
Durant ces derniers longs voyages, beaucoup plus d'année s'étaient écoulées sur Terre, et les différences de temps suscitèrent plus de curiosité que les nouvelles de la mission relayées vers la Terre ; les développements mondiaux furent ensuite annoncés aux voyageurs distants. Nombreuses autres cultures explorant l'espace ont répété ces expériences, conduisant aux standards de navigations et de communications à l'intérieur de la Fédération.

Aujourd'hui, pareilles différences temporelles peuvent interférer avec la nécessité d'une synchronisation précise avec Starfleet Command, aussi bien qu'avec les schémas de chronométrage de la totalité de la Fédération. N'importe quel vol prolongé à des vitesses relativistes importantes peut placer les objectifs des missions en danger. A l'époque ou la propulsion à distorsion n'était pas disponible, le vol à impulsion ne pouvait être inévitable et requérait des longues recalibrations des systèmes d'horloges des ordinateurs de bords, même si le contact était maintenu avec la balise de navigation de Starfleet. C'est pour cette raison que les opérations à impulsion normales sont limités à 1/4 de la vitesse de la lumière.


7 Conclusion

Le taux d'efficacité pour les moteurs à impulsion et distorsion détermine quel mode de vol sera le meilleur pour remplir les objectifs de la mission. Les configurations actuelles des moteurs à impulsion atteignent une efficacité approchant de 85% quand les vitesses sont limités à 0,5 c. D'un autre côté, l'efficacité des moteurs à distorsions actuels tombe dramatiquement lorsqu'il est demandé aux moteurs de maintenir un champ subspatial péristaltique asymétrique en-dessous de la vitesse de la lumière. Il est généralement accepté qu'un plan prudent de vol en distorsion d'une mission et des parties de vol en impulsion, en conjonction avec les recommandations de l'ordinateur, devra minimiser les ajustements à l'horloge normal. Dans les opérations d'urgences et de combats, des réajustements majeurs sont traités en accord avec les spécificité de la situation, généralement après que le niveau d'action soit réduit.


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