Sez. Ingegneria e Operazioni

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Sistemi Ingegneristici

Supporto Vitale

Di tutti i grandi sistemi presenti a bordo di una nave, quello di supporto vitale e ambientale è sicuramente uno dei più critici. Tutti gli elementi chiave del sistema sono pensati per avere una ridondanza multipla ed assicurare la massima sicurezza all'equipaggio, anche in caso di rotture impreviste di più componenti. In operazioni normale, il tempo medio tra una rottura di un componente (MTBF) del sistema ambientale dovrebbe eccedere i 500 anni di operatività . Nonostante tutto, esistono dei sistemi di backup per assicurare la sopravvivenza in quasi tutte le condizioni.

Ogni sistema di supporto vitale include uno stretto collegamento alla rete di distribuzione di emergenza. Questo include una serie di riserve di aria respirabile, energia ed acqua, seppur in quantità limitate. Il sistema di distribuzione di emergenza è pensato per provvedere ad un minimo supporto vitale ed energetico nell'eventualità di una completa rottura di entrambi i sistemi di supporto ambientale primari. Ciò consente, generalmente, di ottenere aria respirabile per trenta minuti in caso di un collasso del sistema ambientale.

Sistema Atmosferico

Il sistema atmosferico a bordo dei vascelli e delle starbase della Flotta Stellare mantiene un ambiente compatibile con le specifiche di un pianeta di classe M, lungo tutto il volume abitabile della nave o della stazione spaziale. Ciò comporta una miscela corretta di ossigeno e azoto; due sistemi primari indipendenti mantengono la temperatura e l'umidità desiderata. Inoltre un sistema di emergenza provvede a mantenere temperatura ed umidità corrette in caso di guasti al sistema primario.

Le unità di funzionamento del sistema atmosferico per il sistema primario sono localizzate lungo tutta la nave approssimativamente con due unità primarie ogni 50 m³ di volume abitabile. Questi componenti mantengono il corretto dosaggio dei gas rimuovendo la CO2 in eccesso e altri gas e polveri, ripristinando il corretto dosaggio di O2 per mantenere il comfort e l'aria respirabile. Tutto ciò è fatto attraverso l'uso di bioprocessi fotosintetici. Il processore atmosferico mantiene temperatura e umidità nei limiti prescritti. Una volta azionato, la miscela di gas respirabili viene fatta ricircolare attraverso tutto il sistema.

Le normale operazioni prevedono un duty-cycle di 96 ore, con manutenzione programmata di circa 2000 ore. Ogni 96 ore il sistema viene switchato tra i due sistemi primari in maniera automatica; è tuttavia possibile far ruotare il funzionamento di singoli elementi in maniera manuale, se necessario. Il flusso d'aria può essere reindirizzato lungo le giunzioni dei nodi in maniera remota, potendo avere così, un sistema ridondante, in caso di problemi ad entrambi i sistemi di un determinato ambiente.

Il sistema di emergenza è un sistema che può provvedere al 50% della capacità nominale del sistema primario per 24 ore, dipendente dal carico. Il sistema di emergenza è pensato in caso di eventi catastrofici che mettano fuori uso entrambi i sistemi atmosferici primari. Il sistema di emergenza è collegato al sistema di distribuzione presente e monitora eventuali guasti per escludere tale sezione e prenderne il posto nella generazione ricircolo dell'aria respirabile. Oltre a ciò, il sistema di emergenza è provvisto di serbatoi autonomi per garantire trentasei ore di aria respirabile nei locali vitali della nave o della stazione, estendibile attraverso l'uso dei serbatoi di ossigeno dei sistemi primari. Anche in caso di un grosso danno al sistema atmosferico, i moduli installati alle giunzioni dei corridoi dovrebbero essere in grado di garantire trenta minuti di aria respirabile per permettere all'equipaggio di dotarsi di tute ambientali, di spostarsi nelle zone sicure ed evacuare il vascello o la starbase.

I valori nominali per la compatibilità con le condizioni di un pianeta di classe M sono 26°C di temperatura, 45% di umidità relativa, con una pressione mantenuta a 101 kilopascal. La composizione atmosferica è composta dal 78% di azoto, 21% di ossigeno e l'1% di tracce di altri gas. Circa il 10% degli spazi vivibili sono riadattabili per condizioni simili a pianeti di classe H, K ed L senza cambiamenti significativi degli impianti. Circa il 2% delle zone abitabili sono equipaggiate per poter riprodurre le condizioni di un pianeta di classe N. I sistemi atmosferici possono essere rimpiazzati sulle stazioni spaziali (in particolar modo quelle di confine), per poter essere configurati su larga scala in condizioni di classe H, K o L.

Generatore di Gravità

I generatori di gravità servono per emulare, in ambienti extraplanetari, le condizioni di attrazione gravitazionale e la presenza di particolari campi magnetici prodotti dai pianeti. Tali dispositivi simulano le condizioni che si troverebbero sulla maggior parte dei pianeti di classe M, al fine di favorire, accanto a scopi sussidiari, un'adeguata crescita cellulare dei soggetti a lungo esposti ad ambiente, altrimenti, a gravità nulla.

L'introduzione di dispositivi atti a generare tali due componenti, oltre a favorire il benessere dell'equipaggio delle navi stellari, ha permesso anche uno svolgimento più naturale delle normali mansioni, in un ambiente più amichevole, ove è possibile camminare su superfici e non semplicemente spostarsi galleggiando nel vuoto. Tale sistema è costituito da una rete di piccoli generatori di gravità che, per l'Enterprise-D, è divisa in quattro parti. Due di esse si trovano nella sezione a disco, le altre nella sezione da battaglia. Tale rete di generatori è anche accoppiata all'IDS per permettere un'efficace azione congiunta dei due sistemi durante il volo ed in special modo durante manovre critiche.

Il campo gravitazionale è generato da un flusso controllato di gravitoni, molto simile a quello generato dai raggi traenti. Lo schema base con cui operano questi due sistemi è il medesimo. L'energia dell'EPS (electroplasma system) è portata in una camera di anicio-titanite 454, un cilindro sigillato di 50 cm di diametro per 25 cm di altezza. Sospeso al centro del cilindro, immerso in gas chrylon pressurizzato, si trova uno statore di toronio trekenite, un materiale superconduttore. Lo statore, una volta posto in rotazione a circa 125.540 RPM, genera un campo di gravitoni con costante di tempo molto bassa, dell'ordine dei picosecondi. Tale tempo di decadimento necessita la presenza di un secondo livello di generatori ad oltre 30 m di distanza. Il campo generato è tale da non far percepire differenze tra il campo ai piedi e quello all'altezza del capo.

Lo statore superconduttore rimane sospeso all'interno del cilindro da quando il generatore è costruito, non richiede manutenzione ma solo una occasionale sincronizzazione effettuata tramite un impulso di energia dall'EPS, in genere una volta ogni 60 minuti. Qualora dovessero riscontrarsi problemi con l'EPS, lo statore è in grado di fornire gravità per altri 240 minuti, finché la degradazione del campo gravitazionale non sia tale da far rilevare un'accelerazione gravitazionale pari a soli 0,8 G. Qualunque movimento dell'astronave tale da poter alterare il funzionamento dello statore è smorzato da nervature sinusoidali sulla superficie interna del cilindro di anicio-titanite, nervature in grado di assorbire sollecitazioni di ampiezza limite pari a 6 cm/s. Tutte le sollecitazioni di ampiezza maggiore sono tenute sotto controllo dall'IDS.

I generatori gravitazionali sono disposti lungo tutta la zona abitata dell'astronave e sono connessi tra loro tramite una rete di piccole guide d'onda, al fine di consentire un adattamento del campo generato in caso di manovre brusche dell'astronave.

Integrità Strutturale

I soli elementi che compongono lo scheletro di una nave stellare non sono in grado, da soli, di assicurarne l’integrità strutturale durante accelerazioni e manovre ad alto numero di G (come accade durante la navigazione ad impulso), né di compensare adeguatamente le microdistorsioni subspaziali che si verificano durante la navigazione FTL. Per ovviare a questo problema si usano i CAMPI DI INTEGRITÀ STRUTTURALE (Structure Integrity Fields, SIF), che aumentano la resistenza dello scafo e dello scheletro.

Il SIF è prodotto da gruppi di generatori posti nella sezione a disco e nella sezione ingegneria; ogni gruppo di generatori è normalmente composto da trenta elementi che producono ciascuno più di dieci MW di gravitoni, i quali alimentano un campo di distorsione subspaziale massimo di quasi 400 millicochrane. Con il SIF attivo l’integrità strutturale di una nave di Classe Sovereign aumenta di circa il 200.000%, rendendo i vascelli di questa classe particolarmente resistenti alle sollecitazioni strutturali di un combattimento.

Data l’importanza del SIF per la sicurezza della nave, l’apparato di generazione di energia è sovradimensionato rispetto alle normali esigenze di bordo (di solito una nave è equipaggiata con cinque gruppi di generatori normali e due gruppi di emergenza, mentre bastano due gruppi, o al limite anche uno solo, per proteggere l’intero vascello); anche l’apparato di distribuzione del campo subspaziale di integrità è sovradimensionato: esistono almeno tre differenti sistemi, indipendenti uno dall’altro, mentre in condizioni normali se ne usa uno solo.

Smorzamento Inerziale

Il SISTEMA DI SMORZAMENTO INERZIALE (Inertial Damping System, IDS) è l’equivalente, per l’equipaggio, del SIF per la nave: provvede infatti, con l’uso di microcampi di distorsione subspaziale, a minimizzare gli effetti della navigazione per l’equipaggio. L’IDS genera, all’interno dello spazio abitabile della nave, un campo gravitazionale attraverso l’emissione controllata di gravitoni dai dispositivi di gravità artificiale - ovverosia una forza uguale e contraria a quella cui è sottoposto il vascello, assorbendo il differenziale inerziale e così salvaguardando pienamente l’incolumità del personale.

Durante le normali manovre di navigazione, il computer è in grado di anticipare tutte le variazioni e di predisporre così le opportune compensazioni; durante le manovre di emergenza, però , il ritardo di circa 295 millisecondi tra l’inizio della manovra e l’attivazione degli smorzatori inerziali può tradursi in brusche, ancorché momentanee, accelerazioni a carico dell’equipaggio, che può perciò riportare dei danni.

Il sistema IDS è composto da gruppi di generatori posti nelle sezioni a disco e nelle sezioni ingegneria della navi stellari; ogni gruppo di generatori è normalmente composto da dodici elementi che producono, ciascuno, circa 500 kW di gravitoni, che alimentano un campo continuo di distorsione subspaziale di circa 150 millicochrane. Durante la navigazione normale sono attivi due generatori, che possono ridursi ad uno in condizioni di emergenza. Durante situazioni di pericolo vengono invece attivati tutti i generatori, per ridurre al minimo il tempo di risposta del sistema.

Computer

A bordo dei vascelli e delle starbase della Flotta Stellare esiste un COMPUTER CENTRALE che è usato in sostanza in qualsiasi elemento del vascello e in qualsiasi operazione. Quasi tutti i pannelli di controllo sono a tutti gli effetti dei terminali che possono essere usati sia attraverso comandi vocali, sia direttamente dal pannello a tocco. Il computer è pensato per poter essere usato in maniera semplice e rapida da tutte le persone presenti a bordo (purché dotate di abilitazione biometrica). I comandi vocali permettono di ottenere delle risposte immediate ai quesiti posti, la cosa importante è formulare una richiesta che il computer possa elaborare e tradurre in una risposta concreta. L'interfaccia viene denominata LCARS (Library Computer Access and Retrieval System Software) ed include, oltre ai comandi verbali, display grafici usabili in maniera molto semplice dall'equipaggio.

Core:

Il cuore del sistema di processamento dati sono i core principali. Ognuno di essi è ridondante di almeno una unità, per poter sopperire in caso di avarie al funzionamento ottimale della nave o della stazione. Ogni core primario possiede una serie di generatori di campi subspaziali miniaturizzati, che creano un campo simmetrico, non propulsivo, tra gli elementi FTL (faster than light) degli elementi del core medesimo; questo permette la trasmissione e il processamento dei dati provenienti dalla rete ottica (ODN) ad una velocità nettamente più elevata, superando di diverse volte quella della luce. In genere esistono due core primari che lavorano in parallelo, sincronizzati; ciò consente di avere una ridondanza completa in caso di guasti, assicurando continuità ai processi in corso. Come misura ulteriore esiste anche un core di emergenza, localizzato generalmente nella sezione ingegneria, che serve da backup dei primi due.

Subprocessori:

Una rete di subprocessori ottici quadritronici è distribuita lungo le sezioni della nave o della stazione, aumentando le capacità di elaborazione; nella zona abitativa della nave i subprocessori sono localizzati vicino alle giunzioni dei corridoi principali per un più facile accesso. I subprocessori non impiegano gli elementi FTL, ma la rete ODN è configurata per prestazioni ottimali e una risposta più rapida, offrendo ad ogni subprocessore un link diretto con uno o più core principali. I subprocessori installati in plancia hanno accesso anche ad un link con i core principali a radiofrequenza - per ovviare, in caso di guasti, alla comunicazione ODN tradizionale.

Chip Isolineari:

I chip ottici isolineari sono il mezzo principale di archiviazione dati. Essi sono un enorme passo avanti rispetto ai cristalli di memoria usati precedentemente. Questi chip fanno uso di un layer a singolo asse ottico per arrivare ad usare le sottolunghezze d'onda. Come i precedenti cristalli, i chip isolineari impiegano nanoprocessori per ottimizzare l'accesso alla memoria. Tuttavia, essi sono ora indipendenti dal controllo dell'interfaccia, aumentando la velocità del 7%. Sono inoltre dotati di un substrato con superconduttori al platino/iridio, che permette l'utilizzo del chip nelle zone FTL per la trasmissione dati. Quando energizzati dai campi subspaziali, la velocità aumenta del 335% rispetto allo standard. Questo è utile per l'uso nei core principali. I chip isolineari possono essere ricoperti con l'applicazione di uno strato protettivo tripolimerico che isola il chip e lo rende maneggiabile senza guanti protettivi. Diventa così ottimo per il trasporto dati e il loro uso nei dispositivi portatile, quali tricorder e padd.

Componenti Bioneurali:

Oltre ai chip isolineari, un passo avanti tecnologico nel campo dei computer sono i gel bioneurali. Sono composti da neuroni sintetici sospesi in un gel nutritivo. Sono basati sull'organizzazione che un cervello umanoide possiede e consentono elaborazioni molto più rapide rispetto al solo chip, in quanto non si andrà a calcolare tutte le possibili soluzioni, ma andrà a scegliere tra quelle che si avvicinano di più alla risoluzione del problema, escludendo subito quelle che ne sono lontane.

Sulle navi e le stazioni più moderne della Flotta parte delle funzioni di elaborazione dati viene svolta da sacche di gelatina bioneurale, anziché dai più comuni chip isolineari, anche se la gelatina bioneurale non sostituisce i chip ottici ma, piuttosto, ne integra e potenzia alcune funzioni. In particolare, le sacche di gelatina bioneurale non possono sostituire i chip isolineari nei nuclei principali dei computer, a causa dell’effetto sulle sinapsi artificiali della bolla di curvatura statica utilizzata per incrementare la velocità di elaborazione dati; inoltre, non consentono di trasferire dati in maniera semplice e sicura come nel caso dei chip ottici.

Le sacche di gelatina neurale sono l’evoluzione del concetto di rete neurale, cioè di un sistema di computer costruito a immagine del cervello umanoide, e sono l’ultimo passo raggiunto nel cammino intrapreso per primo da Richard Daystrom con gli allora fallimentari sistemi multitronici. Le gelatine, costituite da materiale organico bio-ingegnerizzato, costruiscono da sole le connessioni di memoria, sia all’interno della sacca sia tra le diverse sacche; se da un lato con questo sistema si perde la possibilità di sapere con esattezza in quale locazione di memoria è custodito un certo dato (si può solo sapere in quale - o in quali - sacche il dato stesso è immagazzinato), d’altro canto si aumenta del 200% la velocità di ricerca dei dati, con vantaggi particolarmente evidenti nelle situazioni di emergenza. Inoltre, le unità di elaborazione, costituite da chip ottici isolineari, hanno meno carico di lavoro (sono le stesse gelatine a fornire il dato, sfruttando la tecnologia cosiddetta push), risultando così più veloci che non con una configurazione normale.

Le prime installazioni, a bordo di vascelli di classe Intrepid, si dimostrarono un buon successo, anche se la natura “biologica” delle sacche condusse a problemi inaspettati, come ad esempio infezioni del materiale: per quanto possa sembrare strano, le squadre di ingegneri informatici addetti alla manutenzione di questi sistemi hanno imparato che è buona norma farsi accompagnare, in caso di problemi, da un medico di bordo. Comunque, superate le prime difficoltà, ora le sacche di gelatina bioneurale sono utilizzate come equipaggiamento standard a bordo di tutti i vascelli di nuovo disegno della Flotta, e stanno venendo gradualmente immesse in servizio sulle navi più vecchie in occasione dei refit maggiori nei cantieri federali.

Armatura Ablativa

Lo scafo con armatura ablativa è stato un sogno nel cassetto per i progettisti della Flotta Stellare per molti anni a causa di vari fattori. La disponibilità della materia prima, l'instabilità , la resistenza alle più avanzate armi della potenze ostili e i lunghi tempi di fabbricazione hanno impedito il suo ampio utilizzo sulle navi stellari. Tuttavia la messa in servizio attivo della USS Defiant, diventata sostanzialmente un laboratorio per testare sul campo tutte le nuove tecnologie belliche, ha offerto l'opportunità di provare nella pratica anche questa tecnica di difesa.

L'armatura lavora in tre fasi:

  1. in caso di abbattimento degli scudi, lo strato ablativo esterno provvede a dissipare una frazione significativa dell'energia incidente ricevuta da raggi phaser o calore;
  2. una parte del materiale sublima a ritmo controllato portando con sé una ulteriore parte dell'energia;
  3. la nuvola di materiale polverizzato, che raggiunge una concentrazione apprezzabile vicino allo scafo, aiuta ancora una volta a disperdere l'energia prima che raggiunga la nave.

L'armatura ablativa dovrà essere testata a lungo per verificarne l'affidabilità e per affinarne le caratteristiche; inoltre dovranno essere migliorati i processi costruttivi, prima che questa tecnologia possa diventare un efficace sistema di difesa.

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