home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ RISC DISC 3 / RISC_DISC_3.iso / resources / etexts / startrek / warpte < prev   
Text File  |  1996-01-01  |  66KB  |  1,039 lines

  1.  
  2.  
  3.                 S T A R   T R E K   T E C H N O L O G Y
  4.  
  5.                           by Leon Myerson
  6.  
  7. COPYRIGHT 1988 by Leon Myerson - permission to download and reprint this
  8. essay for free distribution within the ranks of Star Trek fandom is hereby
  9. granted provided the author's name and this copyright notice are retained.
  10. This essay may be periodically superceded by revised versions uploaded to
  11. Data Library 2 of CompuServe's Science Fiction Forum.
  12.  
  13.     DISCLAIMER SECTION:  None of the ideas expressed in this essay are
  14. "official".  All concepts put forth are solely my own opinions and
  15. speculations, and as such, might be completely contradicted by "official"
  16. Star Trek material issued in the future.  I have drawn as much as possible
  17. upon the filmed Star Trek episodes and features, and refer to such
  18. "references" as the Franz Joseph blueprints and Technical Manual, and to the
  19. "Spaceflight Chronology" book, when I have found it useful to do so.  At
  20. other times, I made it up.  This material and any companion essays I may
  21. upload, are for the sole purpose of having fan-fun with the Star Trek
  22. universe.  I have no connection whatsoever with ST:TNG or with Paramount, I
  23. just like to speculate regarding futuristic science. -Leon.
  24.  
  25.  
  26.  
  27.     Warp numbers do not directly refer to speed, but to power.  Warp 1 is the
  28. power level required to enter the warp continuum, and is known as Threshold
  29. power.  Warp 2 is twice that power level, etc.  Fractional warp is simply
  30. less than Threshold power while the ship, though traveling via warp field
  31. effect, is still "in" the Einstein space-time continuum at sub-light speed.
  32. The unit of power between whole warp factors for a given vessel is one
  33. "Impulse", as in the ST:TNG episode "Conspiracy" when Geordi answers Riker's
  34. command to increase from Warp 5 to Warp 6 by acknowledging the addition of
  35. yet another full impulse to the power already coursing thru the warp
  36. nacelles.
  37.     The formula relating the Warp number W to velocity in terms of C is not
  38. the hopelessly inadequate V = W^3.  In Trek Classic's very first episode the
  39. Enterprise was seen at the edge of our galaxy.  Even assuming this to be the
  40. near edge reached by going perpendicular to the galactic plane, it is still
  41. at least 1500 light years from Earth.  At a cruising speed of Warp 6 = 216 C,
  42. the ship would have spent at least 7 years getting out there, then 7 more
  43. back.
  44.     Nor would that formula fit the size of the United Federation of Planets'
  45. Treaty Exploration Zone mapped in the "StarFleet Technical Manual".  This zone
  46. was pictured as being approximately 12,000 light years in radius, with both
  47. the Klingon and Romulan empires located at the rim some 60 degrees apart.
  48. Clearly, Enterprise did not require an excess of 50 years to reach the neutral
  49. zone.
  50.     In the ST:TNG episode "Conspiracy", Picard and Riker confront the parasite
  51. mother creature in the guise of Lt.  Cmdr.  Remmick as he/it sends a beacon to
  52. the parasite beings' homeworld via StarFleet's own CommNet.  The 3-D map of
  53. that network on the wall behind him fits almost perfectly the Treaty
  54. Exploration Zone of the Trek Classic Era.
  55.  
  56.     Instead of V = W^3, velocity is defined by the sum of an infinite series
  57. known as the 3rd-order Cochrane function, which is applicable to Tertiary
  58. warp effect fields such as are utilized by major Federation vessels from the
  59. Tritium class onward.  The first term of this series is the familiar W^3, the
  60. second term is the integral of the first term, W^4/4, the third is the
  61. integral of the second, W^5/20, and so on, ad infinitum.  Each term is the
  62. integral of the preceding term.  Thus the common mistake so often made is to
  63. quote only the first term of the series as if it were the entire function.
  64.     The behavior of this series is such that the terms rise in value at
  65. first, then become increasingly smaller so as to converge on a definite
  66. value.  This may be calculated by the equivalent formula:
  67.  
  68.                    V =  6 * { e^W - [ (W^2)/2 + W + 1] }
  69.  
  70. where V = velocity, W = Warp factor, and e = base for natural logs 2.71828..
  71.  
  72.     When calculated in this manner, this function gives the following values:
  73.  
  74.                     Generated              Uncorrected
  75.                        Power               Warp Speed x C
  76.  
  77.                            1                      1.31
  78.                            2                     14.33
  79.                            3                     69.51
  80.                            4                    249.59
  81.                            5                    779.48
  82.                            6                   2270.57
  83.                            7                   6384.80
  84.                            8                  17639.75
  85.                            9                  48315.50
  86.                           10                 131792.79
  87.                           11                 358809.85
  88.                           12                 976018.75
  89.                           13                2653889.35
  90.                           14                7214947.68
  91.                           15               19613332.78
  92.  
  93.     For starship designers, these numbers seemed too good to be true, and
  94. indeed they were.  From the earliest days of starship operations, warp
  95. engines had always registered a small power loss as they were fed more than
  96. Warp 1 power.  Defined as the difference between Generated Power and
  97. Delivered Power, this drain was ascribed to the faintly conceived notion of
  98. "continuum drag".  It was Delivered Power that determined actual velocity
  99. according to the 3rd-order Cochrane function.  As the phenomena was still too
  100. poorly understood for mathematical description, progressive increases in
  101. power generation capability had to be matched empirically with increases in
  102. Delivered Power via actual flight testing, and the term Warp Factor continued
  103. to refer to Generated Power.
  104.     The Dilithium breakthru made it possible to generate unprecedented
  105. multiples of threshold power, and led to the Federation's investment in the
  106. Constitution class vessels.  Able to safely generate and sustain Warp 8
  107. power, these ships found the drag/drain worsening rapidly at the higher
  108. levels.
  109.     It was the USS Enterprise, under Christopher Pike, that first challenged
  110. the "Warp Barrier".  After three month's total overhaul at the Terran Orbital
  111. Shipyards personally supervised at every stage by Montgomery Scott, the ship
  112. went on speed runs pushing her anti-matter reactors as high as Warp 13 for a
  113. few seconds at a time.  The resulting measurements at last permitted Scott to
  114. define the continuum drag equation:
  115.  
  116.                                    tan(A)
  117.           CDF = G - ------------------------------------ + 10
  118.                     (G-S) + (tan^2(A)+((G-S)^2)-1)^(1/2)
  119.  
  120. and thus
  121.  
  122.                                  D = G - CDF
  123.  
  124.     where D = Delivered Power; G = Generated Power; CDF = Continuum Drag
  125. Factor; A = 5.1050881 radians; and S = 9.8658770244 (Scott's constant).  The
  126. corrected table of Warp speeds is therefore:
  127.  
  128.                   Generated         Delivered      Warp Speed
  129.                     Power             Power           x C
  130.  
  131.                       1              1.00000            1.31
  132.                       2              1.98354           13.91
  133.                       3              2.96260           65.98
  134.                       4              3.93509          230.94
  135.                       5              4.89755          696.42
  136.                       6              5.84370         1926.80
  137.                       7              6.76140         4999.38
  138.                       8              7.62571        12075.26
  139.                       9              8.38615        26048.20
  140.                      10              8.96633        46707.91
  141.                      11              9.33067        67348.90
  142.                      12              9.53548        82717.85
  143.                      13              9.65322        93087.64
  144.                      14              9.72615       100151.85
  145.                      15              9.77477       105155.01
  146.  
  147.                   Old Warp          New Warp
  148.  
  149.     A graph of Scott's equation plotting Generated Power as X against
  150. Delivered Power as Y, shows that at threshold power (Scott's equation and the
  151. 3rd-order Cochrane's function are not applicable below this point) X = Y = 1,
  152. and the graph line proceeds at an almost 45 degree angle assuming equal
  153. scales.  (This graph is available as WARP10.RLE in DL2 for those with IBM PCs
  154. or compatibles.)
  155.     But as Generated Power exceeds 8 times threshold level, Delivered Power
  156. deviates ever more significantly and the graph curves sharply to the right.
  157. The curve is half of a hyperbola, rotated by angle A, with the significant
  158. asymptote line represented by the equation Y = 10, so that while the
  159. Generated Power may go arbitrarily high, the Delivered Power will only
  160. approach ever more closely but never equal 10.  The speed value for Warp 10
  161. from the uncorrected chart, 131792.39 times the speed of light, is the
  162. theoretical limit of the Tertiary warp effect, and can only be approached,
  163. never equaled or exceeded.  This is also the velocity of such warp continuum
  164. energy transmission phenomena as sub-space radio and the standard phaser
  165. effect.  (The complete hyperbola is graphed in WARP_X.RLE, also in DL2.)
  166.     By the time of ST:TNG, it had become standard practice to quote Warp
  167. factors in terms of Delivered, rather than Generated, power.  This explains
  168. the apparent discrepancy between the eras.  Overall Generated Power
  169. capabilities are still crucial to military vessels, as even a few dozen extra
  170. C's may mean the difference between success and failure when outrunning or
  171. persuing an opponent.  Here then is the standard warp factor scale used in the
  172. 24th century:
  173.  
  174.  
  175.                  Delivered      Generated         Tertiary
  176.                    Power          Power               Warp
  177.  
  178.                      1         1.0000000000           1.31
  179.                      2         2.0167653720          14.33
  180.                      3         3.0383208502          69.51
  181.                      4         4.0670614879         249.59
  182.                      5         5.1072983806         779.48
  183.                      6         6.1676537197        2270.57
  184.                      7         7.2682459514        6384.80
  185.                    7.5         7.8487197368       10628.50
  186.                      8         8.4694304149       17639.75
  187.                    8.2         8.7364919027       21588.78
  188.                    8.4         9.0203187626       26414.32
  189.                    8.6         9.3280961537       32310.48
  190.                    8.8         9.6717993420       39514.34
  191.                      9        10.0729838055       48315.50
  192.                    9.1        10.3071067812       53422.73
  193.                    9.2        10.5747605008       59067.65
  194.                    9.3        10.8903152831       65306.85
  195.                    9.4        11.2777216596       72202.80
  196.                    9.5        11.7800905867       79824.61
  197.                    9.6        12.4836439773       88248.61
  198.                    9.7        13.5895662949       97559.17
  199.                    9.8        15.7014109302      107849.55
  200.                    9.9        21.8369448362      119222.79
  201.                     10          INFINITE         131792.79
  202.  
  203.                  New Warp       Old Warp        Velocity x C
  204.  
  205.     To calculate the Generated Power corresponding to a given Delivered
  206. Power level, use the formula:
  207.  
  208.                         ((D-10)^2*(tan(A)^2-1)-tan(A)^2
  209.                G = S - ---------------------------------
  210.                                2*(D-10)*tan(A))
  211.  
  212.  
  213.     An interesting aspect of the 3rd-order Cochrane function is that Warp 1
  214. is not C but 1.31 x C.  Taking the reciprocal of this number, 0.763, gives
  215. what is known as threshold velocity.  Under fractional warp power, a starship
  216. "accelerates" as the power is steadily increased.  At Warp .99999 etc., the
  217. ship is traveling at 0.763 x C.  Transition occurs, an explosive event
  218. accompanied by the hauntingly beautiful phenomena known as the Chromatic
  219. Detonation, the optical analog of a sonic boom.  In the next micro-instant,
  220. the ship is on "the other side", traveling through the warp continuum at 1.31
  221. x C.  The ship is never observed at speeds 0.763 < V < 1.31 under normal
  222. conditions.
  223.     It should be noted however, that the boundary layer of the warp field
  224. effect creates an envelope of 4 dimensional Einsteinian space-time within
  225. which the ship travels.  Therefore, all the familiar physical laws of the
  226. "ordinary" continuum still apply within the envelope.  From the outside, it
  227. appears as though a space-time anomaly were manifested sequentially along a
  228. linear path.  Fleeting, multiple images of the vessel in the center of the
  229. anomaly are created at widely spaced intervals which grow more distant at
  230. higher warp factors.  Light coming from within the envelope gathers at the
  231. boundary layer until it reaches optical crossover threshold, at which point
  232. it "pulses" through, thus re-entering normal space-time to project the image
  233. of the ship.  This effect was nicely filmed for the climactic scene in
  234. ST:TSFS when we see the Enterprise fleeing the detonation of the Genesis
  235. Device.
  236.     External light enters the envelope via complex optical interaction with
  237. the warp field boundary layer.  The micro-instant lost for photons in front
  238. of the ship's path to cross the boundary layer causes them to appear to
  239. originate from directions shifted away from the line of motion in favor of
  240. apparent origins perpendicular to the direction of travel.  While an optical
  241. blind spot exists directly behind the ship along the direction of motion, due
  242. to the superluminal velocity involved, the tear-drop shape of the overall
  243. warp field minimizes the area so blanked out to a vanishingly small region.
  244.     The overall effect is curiously symmetrical to that observed by vessels
  245. approaching light speed in normal space-time.  Such a vessel would see its
  246. 3-dimensional field of view collapsed into twin circles of light in front of
  247. and behind the ship, with a band of darkness around its mid-section.  A
  248. vessel in the warp field traveling at superluminal velocities experiences a
  249. tunnel-like effect in which the dark region consists of circles in front of
  250. and behind the vessel, and its view of the universe is projected onto a
  251. cylindrical tube which the ship appears to travel through.
  252.     Of course, the ship's computers correct for this effect to present an
  253. intuitively "normal" view upon the bridge and other viewscreens.  Windows
  254. facing port or starboard reveal a relatively normal view without
  255. sophisticated correction, others have internal holographic layers which serve
  256. as the functional equivalents of corrective lenses to keep the view at least
  257. intelligible, if not exactly accurate.
  258.     Sometimes a foreign body, such as small pieces of asteroidal rock or
  259. chunks of cometary ice are pulled into the forming continuum envelope as a
  260. starship achieves transition.  Usually this is a harmless occurence, unless
  261. the "dragger" is massive enough to damage the hull if it should collide with
  262. the vessel.  If so, the ship will usually power down below threshold to
  263. release the object, otherwise it can remain within the influence of the warp
  264. field effect and go along for the ride to the starship's scheduled
  265. destination.  An unusually extreme instance of this effect occurs in ST:TMP
  266. when the old Enterprise, bucking wildly from her imbalanced engines, pulled a
  267. whole asteroid into the warp envelope formed around herself, and was forced
  268. to pulverize it with a photon torpedo.
  269.     Old space junk from various inhabited systems often gets distributed
  270. about the galaxy in this fashion, centuries in orbit about their star of
  271. origin affording plenty of time for a chance encounter with a transitioning
  272. starship.  Some of places identifiable objects ultimately turn up can be
  273. downright humorous.  Items too small to possibly damage a vessel thru its
  274. deflector shield are usually ignored, especially when they have no possible
  275. salvage value.
  276.     An example would be the cryonics satellite found just prior to the
  277. NCC-1701-D's recent visit to the Neutral Zone which originally WAS orbiting
  278. Sol, minding its own business for centuries.  People in the future tend to
  279. leave space junk that old alone, the objects most popular as tourist sights
  280. actually being protected with "landmark" status.  A sleeper ship such as
  281. Khan's would certainly have been detected, but the cryonauts registered NO
  282. life signs at all, so no one ever knew what was in this craft.  Eventually, a
  283. starship pulled it into its envelope and carried it thousands of light years
  284. out to the vicinity of the starbase Enterprise was visiting for Captain
  285. Picard's conference with StarFleet authorities regarding the apparent loss of
  286. stations near the Neutral Zone.
  287.     This is also now considered the most probable explanation for the early
  288. 1990's Voyager 6 probe having reached a black hole capable of sending it to
  289. the "machine" planet, as various research ships have made many voyages
  290. directly from the Sol system to known black holes since warp drive was first
  291. employed.  Its return to the Sol system as "V'ger" prompted some talk
  292. off a system wide clean up of old hardware, but nothing ever came of it.
  293.  
  294.     The relativistic time dilation experienced at Tertiary threshold
  295. velocity is such that time passes at 64.6% per cent, or roughly 2/3's,
  296. the "normal" rate of objects "at rest".  This time dilation factor goes
  297. along with the ship as the warp effect envelope separates from normal
  298. space/time in crossing over the threshold, and remains stable
  299. thereafter, so that all the time spent under way at superluminal
  300. velocities is discounted by 1/3 for those on the vessel vs.  those
  301. staying behind.  The effect is rather conveinient for starship crews, as
  302. it effectively cuts by 1/3 the travel time between stop-overs, and since
  303. all Tertiary warp vessels experience it, there is no disadvantage in
  304. reaction time against opponents.
  305.     There are social aspects to the cumulative effect of a lifetime career
  306. devoted to star travel, in that one's age starts falling behind that of
  307. friends, family, and above all spouse's left behind.  In the 2nd, 3rd, and
  308. 4th feature films, we see James Kirk wearing four bars and three dots on his
  309. sleeve, indicating 23 years service in StarFleet.  Yet his birthday
  310. depression in ST:TWOK and the presence of the fully grown David Marcus all
  311. point towards a 50th birthday.  Assuming Kirk graduated the Academy at the
  312. normal age of 22, adding 23 years leaves a 5 year gap.  The gap is simply the
  313. cumulative effect of the time he's spent cruising at warp speed.  For married
  314. personnel, this "age gaping" becomes a serious problem over a lifetime, and
  315. was a major factor in StarFleet's decision to allow families to go along on
  316. its latest vessels of the ST:TNG era.
  317.     A very important aspect of this effect derives from the behavior of the
  318. threshold cross-over phenomena in the presence of intense gravitational
  319. fields, such as would be found near stellar bodies.  The intense warping of
  320. space/time already imposed upon the region of the continuum nearest the star
  321. causes it to become more tolerant of extreme profile skewing than normal
  322. space.  As a nearby ship accelerates, the threshold velocity is reached, but
  323. cross-over does not occur, one has to increase the degree of skew with still
  324. more power.  This means going nearer to lightspeed while still in the normal
  325. continuum, thus the time dilation factor increases.  Since the time dilation
  326. at cross-over remains in effect throughout the period spent in the warp
  327. continuum's sub-space, it is possible to retard one's own rate of time
  328. passage to an arbitrarily high degree to assist in making extremely long
  329. voyages.
  330.     Some of the early Federation exploration ships, such as the famous USS
  331. Horizon, used this sort of maneuver on occasion, but more often avoided it
  332. due to the detrimental effect upon shipboard reaction time it causes.
  333. Merchant vessels sometimes tried it, but the extreme danger of maneuvering so
  334. close to a star led first to uninsurability and finally to outright
  335. regulatory prohibitions against the practice.  Ships full of colonists almost
  336. always housed them in sleeper chambers, an old and proven technology dating
  337. as far back as the late 20th century, leaving only the crew awake.
  338.     One of the greatest scientific discoveries made by the original
  339. NCC-1701 Enterprise was that if a ship went EXTREMELY close to an object
  340. of stellar mass while in the normal continuum, then poured on maximum
  341. power to force its way to threshold before putting significant distance
  342. between itself and the gravity field of the celestial body in question,
  343. then the effective threshold velocity could actually be slightly above
  344. lightspeed, and the associated time dilation not only extremely large
  345. but NEGATIVE.  This is the essence of time travel under what has become
  346. known as the breakaway maneuver.
  347.     The class of phenomena known as "time travel" are extremely complex
  348. and remain poorly understood.  Most recorded incidents have involved
  349. multiple effects which, in the absence of a fully developed theory of
  350. time, are often difficult to untangle for separate description and
  351. analysis.  The Enterprise's unintentional journey to the Terra of the
  352. late 1960's began with an accidental encounter with an uncharted black
  353. hole.  The unusual properties of this particular hole had attracted
  354. their attention, resulting in the Enterprise making a low warp speed
  355. sensor pass.  The anomalous readings prevented them from realizing the
  356. nature of this object until it was too late.  The hole's intense
  357. distortion of the continuum pulled the Enterprise out of warp, where the
  358. ship was in iminent danger of being sucked into the hole itself.
  359.     On Kirk's orders, Sulu applied full emergency power in a desperate
  360. attempt to fight their way back to threshold so as to to re-enter the
  361. warp continuum, but even as the mighty starship trembled under the
  362. effort, the threshold power level was moving higher and higher as they
  363. neared the event horizon.  With seconds left before the end, Mr.  Scott
  364. in engineering surmised the nature of their situation.  Knowing the ship
  365. could never make the rising tertiary warp threshold in time, he engaged
  366. the emergency circuit breakers to take the tertiary booster coils
  367. offline, and diverted 100% of the reactor output into what was now a
  368. lower threshold secondary warp field system.  The collapse of the
  369. tertiary field into a secondary one "collided" with the rapidly growing
  370. overall power level, kicking the ship into the warp continuum with such
  371. explosive force that she briefly left sub-space itself on a kind of
  372. "ballistic arc" OVER rather than thru the warp-space she would normally
  373. traverse.
  374.     It would take Spock many weeks of theoretical study and analysis
  375. before he would devise a tentative explanation for their seemingly
  376. miraculous appearance within the Terran atmosphere.  Ultimately, his
  377. explanation for their movement thru space as well as time rested upon
  378. two major points.
  379.     First, time travel does not permit violation of the conservation of
  380. mass law.  One cannot simply send 200,000 metric tons of starship back
  381. in time to coexist with an "earlier" copy of the same 200,000 tons of
  382. matter without in some way compensating for the effect such functional
  383. duplication of mass will have on the overall gravitational process of
  384. the cosmos.
  385.     Second, in this particular incident the mode of compensation took
  386. the form of an exchange or displacement of the 20th century matter that
  387. would one day be the Enterprise and her crew, this material swapping out
  388. of the normal plane of existance to reside in the hyper-continuum the
  389. ship had traversed to reach its destination.  Therefore, in a manner
  390. related to the phenomena of "symmetry breaking", the cosmos "selected"
  391. as the ship's re-entry point a location determined by the whereabouts at
  392. that time of the raw materials which would one day be the Enterprise and
  393. her crew.
  394.     As most of this material would be found on Terra in the 1960's, that
  395. is where the ship materialized.  Fortunately, not quite all of the
  396. material constituting the Enterprise was of Terrestrial origin, or the
  397. ship would appeared at the center of the Earth instead of 5 miles above
  398. its surface.  That it wasn't 5 miles below the surface instead was
  399. simply good luck as to the total net effect of the mass-origin location
  400. factors.  When the Enterprise returned to its proper place in time, the
  401. older version of her material constituents resumed their proper place in
  402. the continuum as well.
  403.     Later studies of the "breakaway maneuver" and its associated
  404. parameters revealed that had this early incident not involved such
  405. extreme conditions, the time traveling starship would have remained
  406. "linked" to the net gravitational influence of the star used as the
  407. initiator mass.  This would have caused the celestial body itself to
  408. assume the role of adjusting its own impact on the expansion of the
  409. universe to compensate for sending a vessel back in time, and would
  410. permit such voyages thru time while retaining the ability to target
  411. spatial destinations as well.  This type of controled temporal
  412. translation was successfully demonstrated by the Enterprise via Sol
  413. during the mission Kirk's log describes as "Assignment:  Earth", and
  414. was later employed from a captured Klingon cruiser to solve the
  415. "Whalesinger" crisis.
  416.     Given the operational parameters of starship reactor systems, the
  417. time it takes to build up power applied to generating the warp field
  418. effect normally requires an initiator mass the size of a star or greater
  419. to perform the breakaway maneuver.  A planetary mass is just too small
  420. under most circumstances as the vessel will have already moved too far
  421. from the center of its gravitational field before attaining threshold
  422. power where the time dilation effects are manifested.  This does not
  423. mean it isn't possible to use a planetary mass as the initiator, only
  424. that the ship in question would have to bring up its power output in an
  425. incredibly rapid surge to do so.  The only known means of doing this is
  426. the all but suicidal technique of deliberate implosion to "cold-start"
  427. completely shut down power systems.  Only one ship, NCC-1701, is known
  428. to have ever survived this procedure.  Historians remained baffled as to
  429. why the crew dubbed the gambit an "Irishman's Chance".
  430.     Were you to travel back in time without triggering some form of
  431. gravitational impact compensation for your mass, the continuum would
  432. soon destroy you via an effect strikingly similar to the manner in which
  433. a living creature's immune system destroys that which does not belong.
  434. The unfortunate time traveler would experience progressive
  435. disintegration as the particles of his/her body are randomly pushed back
  436. to their own correct time.
  437.     An advanced form of such compensation was an integral part of the
  438. Atavachron, which functioned by actually forcing open "portals" between
  439. times.  As Kirk, Spock, and McCoy went through the portal but bypassed
  440. the compensation stage, they were in grave danger and had but little
  441. time to return.  Sarabeth could not return with them unless they could
  442. have learned to use the machine to compensate for her entry into their
  443. era, but alas there was no time for that before the star in that system
  444. went nova.
  445.  
  446.     Just as the 3rd-order Cochrane function is known as Tertiary Warp, the
  447. 1st and 2nd orders represent Primary, and Secondary Warp.  Primary Warp is
  448. the function consisting of the sum of the infinite series begining with X
  449. plus (X^2)/2 plus (X^3)/6 etc.  As with the 3rd-order series, it may be
  450. calculated with the equivalent formula (e^W)-1.  This was the first type of
  451. warp field effect propulsion system developed, and it is still in use on
  452. later vessels as the Impulse Drive sub-system.
  453.     When Secondary Warp drive systems were developed, governed by the
  454. 2nd-order Cochrane function consisting of the sum of the infinite series
  455. begining with X^2 + (X^3)/3 +(X^4)/12 etc., equivalent formula:
  456. 2*((e^W)-(W+1)), it was learned that they, and all higher order warp fields,
  457. were dangerously unstable at low fractions of threshold power.  This forced
  458. the retention of some form of Primary warp drive, though it need not handle
  459. enough power to go superluminal.
  460.     All warp field effects are created via the use of superconducting
  461. Cochrane coils, which are wound according to the complex topological patterns
  462. defined by Impulsor Calculus, the branch of mathematics developed by Zephram
  463. Cochrane to express the new kinematics and mechanics resulting from his
  464. successful unification of gravity with the electro-strong-weak force of
  465. quantum physics.  As this essay is intended for a 20th century audience,
  466. ethical constraints place severe limits on the range of comments that can be
  467. made on this subject, but the inference should be obvious that if theoretical
  468. physics has mastered the unification of the primal forces of nature, it
  469. becomes possible to use a force easily generated and controled, such as
  470. electromagnetism, to manipulate phenomena normally governed by another force,
  471. such as gravity.
  472.     Cochrane's mechanics superceded Einstein's, as his in its time
  473. supplanted Newton's.  Each is "true" or at least acceptably valid,
  474. within its range, and may be thought of as a special case approximation
  475. of its successor, which is itself regarded as a superset of its
  476. predecessor.  The following clues to Cochrane's accomplishment,
  477. paraphrased from the preface to his own textbook, are deemed safe for
  478. 20th century humans.
  479.     The first is that while current attempts to build ever larger particle
  480. accelerators will lead to the unification of the strong nuclear force with
  481. the electro-weak force, this approach will not be successful with gravity.
  482. The reason is that while accelerators of sufficient power approximate the
  483. fantastic extremes of temperature and pressure found during the era
  484. immediately following the Big Bang, it was not these aspects of the early
  485. universe but rather the extreme curvature of space-time then in force which
  486. wedded gravity to the other forces.  As space-time expanded, or flattened,
  487. gravity was the first force to de-couple from the others.
  488.     The second clue is that while Newton's mechanics were based upon the
  489. Euclidean model of geometry, and Einstein's was grounded in 19th century
  490. alternatives such as that of Riemann, Cochrane found the mathematical tools
  491. he needed to join the probability functions of quantum physics to the
  492. structures defined by distortions of space-time in the "strange attractors"
  493. of Fractal Geometry's framework for the study of "chaos".
  494.     The warp effect itself derives from Cochrane's advanced concepts of
  495. gravitation under which the interaction between the mass of a physical body
  496. and the surrounding space/time matrix defines a complex mathematical field
  497. known as a continuum profile.  On a purely theoretical level, Cochrane was
  498. able to establish a new understanding of the term velocity by demonstrating
  499. an intriguing difference in the continuum profiles of moving objects versus
  500. those stationary relative to the observer.  All objects having mass distort
  501. the space/time continuum around them, but when an object is in motion
  502. relative to the observer, the pattern of the this distortion, known as the
  503. continuum profile, becomes skewed along the direction of travel.
  504.     Space/time is not infinitely malleable, it takes a minute but finite
  505. interval for gravitational distortions to be fully manifested upon newly
  506. encountered regions.  Because of this propagation-time factor, the region of
  507. space/time in front of a moving object at a given instant is not as distorted
  508. as it would be had the object in question been excerting its gravitational
  509. influence on it for an arbitrarily long period, and the region behind the
  510. traveling body shows excess distortion because of the time it takes to flatten
  511. back to its undisturbed state.  The concept of relative motion remains in
  512. force, for the skewing of the continuum profiles of all objects in the
  513. universe is measured from the vantage point of the observer's own comparably
  514. skewed line of travel.  In measuring the velocity relative to himself, the
  515. observer is actually noting the degree of continuum profile skewing relative
  516. to his own, and an inertial frame of reference becomes one with a constant
  517. degree of skew.
  518.     In astrophysics, this effect is largely muted by the ability of
  519. space/time to "remember" repeated transits, so that all cyclic motions, such
  520. as the orbits of planets, literally "groove" their paths into the very fabric
  521. of the continuum, diminishing the skewing effect to almost vanishing levels.
  522. Also, such circular motions involve the interaction of mutually influencing
  523. bodies, so that each experiences far more change in the direction of its
  524. skewing factor than in its absolute magnitude.
  525.     But for non-cyclic motions, such as that of spacecraft executing huge
  526. linear translations thru the continuum, the effect is sufficiently pronounced
  527. to impact observations made from onboard instruments.  Generations after
  528. Cochrane, the ability of the space/time continuum to store such
  529. information-laden "memories" would be used by Dr.  Carol Marcus to establish
  530. the theoretical basis for the long suspected existence of morphogenetic
  531. fields, and would lead her to attempt the exploitation of this phenomena via
  532. the "Genesis" technology.
  533.     In creating his unified field theory, Cochrane opened the door to
  534. full-scale interaction/exchange between the primal forces of nature.  Using
  535. the analytic tools of his carefully derived Impulsor Calculus, he has able to
  536. map out complex yet stable forms of interwoven electro-magnetic fields which
  537. would cross "the line" by manifesting part of their effect in the form of
  538. gravitational phenomena.  He was then able to follow the conceptual trail
  539. back to the actual design and contruction of field generating coils that
  540. could transform his theories into useful technology.  In his first great
  541. practicle success, he proved that if his coil systems were used to
  542. reconfigure the continuum profile of a "stationary" object so that it
  543. acquired the relative "skew" of a moving one, it moved accordingly.
  544.     This led first to the developement of the long wished-for "jetless" space
  545. drive, ultimately called "Impulse drive", in which designers no longer needed
  546. to bother about reaction mass carried onboard only to serve as kinetic
  547. exhaust.  Later studies revealed that the application of sufficient power to
  548. the skewing field would produce a degree of skew effect so highly pronounced
  549. as to be insupportable by the familiar Einsteinian continuum.  Attaining this
  550. "threshold" level would so stress the ordinary continuum that a vessel and its
  551. surrounding field envelope would literally be ejected into a higher order
  552. continuum in which the speed of light was no longer relevant as a limiting
  553. factor.  Cochrane himself visualized our familiar continuum as "floating"
  554. above the larger realm, and so described the transition process as "dropping
  555. into sub-space" rather than apply an upward linguistic bias and the overused
  556. "hyperspace".
  557.     A gentle, private, and in some respects almost old-fashioned man,
  558. Cochrane lived far enough into his twilight years to see his work send
  559. humanity to the stars, before he mysteriously vanished.  Some say that the
  560. warp-driven space yacht presented to him by the greatful governments of
  561. several worlds disappeared at the same time, fueling speculation that he
  562. headed into unknown space on some final adventure.  While historians argue
  563. over his ultimate fate, none dispute the enormity of his contributions,
  564. without which the very founding of the Federation could never have occurred.
  565.  
  566.     Just as the 20th century's mastery of undreamed of natural forces such as
  567. electricity produces technological wonders inconceivable to 17th century
  568. minds, so did Cochrane's breakthru set the stage for a vast family of related
  569. discoveries and devices that seem almost magical to residents of our time.
  570. In the decades following the construction of the first "impulsor drives",
  571. further experimentation and theoretical studies led to totally different,
  572. often unexpected, applications of the basic Cochrane coil system.  The coil
  573. itself would become as basic a concept to an entire branch of technology as
  574. the "circuit" is to the field of electrical engineering.
  575.     Physicist Alicia Chalmbers interwove two coils, one wound clockwise, the
  576. other anti-clockwise, and sent twin currents thru them in opposite
  577. directions.  The "Chalmbers" coil did not move, as its external effect upon
  578. the continuum was balanced between opposite and equal influences, but within
  579. the dual-coil itself a profound disruption of space/time took place.  Wave
  580. like patterns of variation in the "topological gradient" or distortability of
  581. space/time, went out equally in all directions.  A second Chalmbers coil,
  582. though unenergized, reacted to the distortion pattern by converting part of
  583. its energy content back into electricity.
  584.     Of course, modulations in the current flow to the first Chalmbers coil
  585. were echoed analog fashion in the current output of the second "receiving"
  586. coil, giving birth to sub-space radio.  The effect propagates at the
  587. theoretical limit of the warp effect, Warp 10, the actual speed depending on
  588. whether the Chalmbers coils are of the Primary, Secondary, or Tertiary
  589. variety.  All StarFleet, and virtually all modern civilian vessels, use
  590. Tertiary Chalmbers systems, allowing communications at 131792.79 x C.
  591. Passive listening for natural occurences of this phenomena, and the active
  592. use of a form of sub-space radio in "radar" mode, constitute much of the
  593. sensor technology of Starships.
  594.     Another variation of the basic Cochrane device bends the coil away from
  595. its "barber-pole" configuration, to double back on itself full circle, in
  596. effect coiling the coil in a single loop.  The result is an artificial
  597. gravity field projected perpendicular to the plane of the loop, in either
  598. pull or push mode depending on the orientation of the windings and/or the
  599. direction of current flow.  Within its housing, the loop coil is physically
  600. anchored or it would simply spin in a warp driven circle rather than impart
  601. its effect to the gravity field.  Such units are always paired so that the
  602. torque from each cancels the other rather than be imparted to the vessel via
  603. the structural elements holding them in place.
  604.     Other variants of the Cochrane coil take the form of conical shaped pairs
  605. of coils nested within each other facing in opposite directions.  The conical
  606. shape causes the warp field's skewing effect to be projected away from the
  607. coil system rather than centered upon it.  By using the two coils in tandem,
  608. one can induce any desired combination of push or pull force up to the
  609. system's operational limits on a distant object, moving it arbitrarily close
  610. to the starship's hull and holding it there.  Known as a tractor beam, this
  611. piece of equipment is indispensable for modern spacecraft operations, without
  612. it sleek warp-driven starships would be reduced to reliance upon primitive
  613. manipulator arms such as the one found on the 1980's space shuttle.  When
  614. holding a derelict vessel via tractor beam, it is possible to apply the the
  615. repulsive force against selected portions of the outer hull, concentrating
  616. the attractive force thru the vehicles' center, so as to not only retrieve
  617. and stabilize it, but provide artificial gravity as well for the comfort of
  618. boarding parties.
  619.     In man's first experience with interstellar combat, the technological
  620. level of the participants had the vessels of both sides drop into sub-light
  621. speeds to maneuver against each other in a tight volume of laser crossfired
  622. space.  These primitive battles were analogous to the way in which late 20th
  623. century fighter planes would reach a combat zone via supersonic travel, then
  624. go subsonic for the actual dogfight.  The advantages of a weapon that could
  625. unleash its effect at warp speed were so obvious that an all out technology
  626. race to build such a device began even before the first Romulan War was over.
  627.     Ultra high velocity missiles carrying powerful matter/anti-matter
  628. warheads were already in use.  As the M/A anhilation produces a shower of
  629. photons in the extremely high energy gamma ray portion of the spectrum, these
  630. missiles were dubbed photon mines.  Though their highly developed fusion
  631. thrusters could accelerate them at hundreds of G's, they were still so slow
  632. compared to even the sublight capabilties of impulse driven starships that
  633. one had to use them in the manner of depth charges, simply deploying them in
  634. the expected path of the enemy ship and hoping for the best.  Attempts to
  635. replace the fusion thruster with a warp engine enjoyed some success against
  636. vehicles moving at sublight speeds, but against vessels traveling at warp
  637. speeds what was needed was a weapon that could travel substantially faster
  638. than any ship.
  639.     The answer was ultimately inspired by the ancient submarine torpedo,
  640. which used steam power pumped into the torpedo by the submarine rather
  641. generated onboard the weapon itself.  The modern analog of the torpedo tube
  642. emerged as an inside out warp engine coil which generated its field within
  643. its own interior and imparted an enormous skewing effect on any object placed
  644. inside.  The specially designed warhead pod would zip out of the tube at
  645. extremely high warp speeds, having an unprecendented degree of skew, but free
  646. of the mass of any onboard warp field generating equipment.  Though the
  647. warhead pod is designed to retain its imparted skew as long as possible, it
  648. does begin to decay immediately after leaving the tube.  As this takes at
  649. least several minutes, the effective range is quite adequate for the tactical
  650. role these weapons play.  Note that these devices have almost no steering,
  651. only a slight course correction capability, and so must be carefully aimed.
  652. The parallel to ancient submarine weapons was so close that the term "photon
  653. torpedo" became permanently attached to these deadly implements of celestial
  654. combat, which in the ST:TNG era are capable of as much as 10 to 15 minutes
  655. travel at speeds approaching warp 9.9.
  656.  
  657.     Early experiments with Dilithium crystals found that two such crystals, a
  658. mirror, a semi-reflector, and a light source made a marvelously efficient
  659. laser, as Spock once demonstrated in escaping from Gestapo headquarters on
  660. the planet Ekos.  When Science Officer Bruno Wilhelm placed a dilithium laser
  661. setup inside a Chalmbers coil, the crystals synchronized so as to overlap the
  662. coinciding lightwaves exactly out of "phase" making the light energy
  663. effectively vanish from our continuum, only to reimerge as a uni-directional
  664. highly intense disruption of the space/time continuum now known as the
  665. "phaser effect".  Such synchronization of the crystals required a
  666. super-luminal transfer of coordinating influences, and so was only possible
  667. in the context of a coil-induced sub-space environment.  Within the coil, one
  668. can reasonably construe the laser as being "in" sub-space.
  669.     When fully powered, the phaser effect travels at the Warp 10 limit for
  670. the type of Chalmbers coil used, be it Primary, Secondary, or Tertiary.
  671. Naturally, StarFleet vessels are armed only with Tertiary phasers, anything
  672. less would produce a "beam" literally too slow to catch a Tertiary warp
  673. starship with Dilithium focused anti-matter reactors.
  674.     However, hand phasers don't have access to quite enough power to energize
  675. the coil component to its equivalent threshold power level.  The result is
  676. that the phaser beam produced travels at a speed dependent upon the power
  677. level applied to the coil.  Whereas a beam emitted from a coil at threshold
  678. power would always move at Warp 10, with additional coil power just boosting
  679. the intensity or striking power of the beam, at just below threshold power
  680. the beam's speed is the reciprocal of Warp 10.  This is a mere 7.58766 x
  681. 10^(-6) x C, or approximately 7300 feet per second from a Tertiary coil,
  682. therefore hand phasers use Primary coils so that the phaser effect
  683. propagatation velocity is proportional to the reciprocal of the Primary warp
  684. field's Warp 10 limit of 22025.47 x C.  The reciprocal value is therefore
  685. approxiamately 8.45 miles per second.  At still less coil power, the speed
  686. diminishes in direct proportion to the fraction of threshold power applied to
  687. the coil.  Operational maximums for ST:TNG hand phasers take their coils to
  688. about 1/3 of threshold velocity, so that the weapons full power effect moves
  689. at roughly 2.82 miles per second.
  690.     One can vary the proportion of coil vs.  initiating light energy levels
  691. only so far without overloading the hand phaser, causing burnout or even
  692. detonation.  Thus to moderate the phaser effect down to stun levels, the beam
  693. in some models of hand phaser may travel as slowly as 200 or 300 feet per
  694. second.  We've seen this effect quite clearly when Kirk once fired his phaser
  695. set for stun at the metabolically accelerated Deela of Scalos, who simply
  696. stepped out of the way.  Hand phaser on stun is definitely a close quarters
  697. only weapon, where speed is not significant.
  698.     Unlike sub-space "radio", which simply attenuates under an inverse square
  699. law, phaser beams have a much shorter range due their propensity to "decay"
  700. by losing their energy to the creation of visible spectrum photons all along
  701. their path of travel.  This is what the observer sees, not the phaser beam
  702. itself.  The actual phaser effect is one of micro-range random space/time
  703. fluctuations in the topological gradient of the space encountered, imparting
  704. warp impulses to the atoms encountered.  The effect tends to spread and
  705. propagate thru solid matter, so that material objects are likely to
  706. distribute the effect throughout their particularly shaped volumes.
  707.     At high power, the effect is so severe that all molecular bonds are
  708. snapped, and all of the particles are "impulsed" in random directions.  What
  709. had been a solid object becomes an expanding cloud of particles moving fast
  710. enough to penetrate other solid matter to an enormous extent.  A body so
  711. "disintegrated" on a ship would pass right thru the hull like a burst of
  712. gamma rays, but because the particles are traveling via impulse rather than
  713. momentum, their behavior apes that of neutrinos in that they do almost no
  714. damage to the matter they pass thru.
  715.     Lower power simply streches the molecular bonds without breaking them,
  716. their rebounding motions translating into simple heat.  In this manner, a
  717. hand phaser may be used to heat rocks for warmth, cook food, or even act as a
  718. very precise cutting torch.  At the lowest useful power, the jolting of
  719. molecules is too slight to really impact inanimate matter, but does tend to
  720. produce neurological shock as large numbers of synapses have their firing
  721. threshold randomly raised or lowered.  The vast number of additional versus
  722. inhibited synaptic firings causes a biological equivalent of "systems crash"
  723. leading to unconsciousness, as the nervous system becomes hopelessly confused
  724. and overloaded by spurious signals.  As no actual tissue damage is sustained,
  725. the nervous system "reboots" itself eventually.  Somewhat higher power can do
  726. permanent, even lethal damage to the nervous system however, and can cause a
  727. seizure-like muscular convulsion.  This minimally lethal effect is not unlike
  728. electric shock.
  729.  
  730.     To residents of the 20th century, the transporter is perhaps a more
  731. incredible application of Cochrane's Unified Field Theory than superluminal
  732. travel, since the later affords no real Terrestrial gauge for appreciating
  733. the effect, whereas the wonder of instantaneously materializing elsewhere has
  734. been part and parcel of Earth's mythology/magic belief systems for millenia.
  735.     Building on the ability of the "looped coil" to project gravitational
  736. fields, experimenters eventually learned to handle gravity waves in ways that
  737. parallel optical technology's capabilities with light waves.  Ultimately,
  738. command of these techniques was sufficient to produce a gravitational wave
  739. "hologram" in which the system literally captured the continuum profile of an
  740. object down to the minutest detail of atomic constituents and molecular
  741. bondings in the intersection between its stationary "reference beam" and the
  742. rotating "scanning beam".  Sophisticated split beam techiniques permitted the
  743. "projection" of a second "continuum profile image", which, depending on the
  744. operational limits of the equipment, could be located at an arbitrarily
  745. large distance and direction from the source.  These experiments were
  746. originally conceived in pursuit of improved medical technology following the
  747. progression of X-rays, ultrasound, nuclear magnetic resonance, and positron
  748. emmision tomography, with the result enabling Dr. Crusher to obtain a clear
  749. view of the parasite creature embedded in Admiral Quinn during the
  750. "Conspiracy" period.
  751.     The transporter breakthru grew out of experiments attempting to
  752. manipulate matter via alterations of the continuum profile associated
  753. with an object.  If a continuum profile projection were maintained long
  754. enough, it began to fill itself in with atoms picked up from the
  755. environment.  Eventually, it would recreate the original, though in the
  756. meantime, if sufficient power was used to intensify the projection, this
  757. profile construct could behave like the original, even appearing to be
  758. solid matter, as long it remained within range of the projection radius.
  759. At the same time, it was shown that changes in the profile of the
  760. original were reflected in the original object as well in the
  761. projection, establishing the real-time linkage between the two.  Early
  762. attempts at matter manipulation were usually destructive, not until the
  763. early 24th century would the raw computer power be available for such
  764. things as the holodeck, where the projection could be based on computer
  765. simulations rather than real life / real time models, but in these
  766. pioneering efforts, the ability to project a profile back on its own
  767. source object, while maintaining an independent second projection
  768. elsewhere, was developed.
  769.     Dr.  Janet Hester of the Deneva Research Station first conceived the idea
  770. that if one reversed the "topological polarity" of the image projected back
  771. upon the source, in effect FLATTENING the impression it made in space/time,
  772. while simultaneously boosting the gravitational intensity, and thus the DEPTH
  773. of the spatially projected image, one could create a situation in which the
  774. probability of finding any given constituent of the source object at the
  775. original location could be reduced to zero, even as the probability of
  776. finding it at the projection's location went up to unity.  Every component of
  777. an object, its atoms, the chemical bonds between them, even the ongoing
  778. molecular processes, would cascade back and forth between the twin loci of
  779. probable locations, finally coming to rest at the one brought to unity.  Of
  780. all the marvels that have sprung from Zephram Cochrane's insights, none more
  781. clearly demonstrate his success at unifying gravitational space/time
  782. continuum phenomena with quantum mechanical probability functions.
  783.     It would take another four decades of dedicated experiment and study
  784. before Science Officer Winston of the USS Moscow became the first human to
  785. transport across to the USS Tehran.  Still more work was required before the
  786. ability of the tranporter to project a "virtual" yet functional copy of the
  787. active components of the scanning and projection processes to envelope the
  788. retrieval site would eliminate the need for physical hardware at both ends of
  789. the transport linkage, and theb to learn to bend the projection around the
  790. surfaces of planets using the natural gravitational field so that transport
  791. could be free of line-of-sight restraints.  The depth of dense planetary
  792. matter the transporter can penetrate is still limited, but the often
  793. life-saving speed and conveinience of transport in general has proved well
  794. worth the time, cost, and often sacrifice it took to perfect.
  795.  
  796.     The Secondary Warp field effect was originally achieved by winding a
  797. second-stage "booster" coil around a specially designed Primary coil.  The
  798. early versions of this system would energize the Primary coil first to
  799. navigate at low percentages of threshold power.  Once clear of stellar and
  800. planetary gravitational fields, they would engage the booster coil
  801. reconfiguring their warp field into the 2nd order type.  When this was
  802. accomplished, power would be steadily increased until the threshold level was
  803. attained and transition to the warp continuum occured.  The Primary and the
  804. booster together constitute the Secondary coil.  Should the booster fail
  805. under operational stress, a fairly common occurence in the early days, the
  806. Primary alone could be used and could operate above its threshold level to
  807. take the ship to superluminal velocities.
  808.     While later vessels retained the above system layout, experience proved
  809. it far more efficient to energize the whole Secondary coil system as a single
  810. circuit, and to navigate at very low power and speeds with an independent
  811. miniature Primary system.  This became known as the Impulse Drive.  As it was
  812. intended only for low speed operations, this system would not normally be
  813. capable of handling the power load it would require to bring the vessel past
  814. the threshold point.  However, engineers took advantage of this dual
  815. propulsion system to split the vessel itself, letting each major sub-division
  816. of the hull house one of the systems.  It became customary to place the major
  817. living quarters in the hull with the smaller Impulse Drive, both to better
  818. shield the crew from the higher radiation levels the more powerful Secondary
  819. system created, and also with the idea of better accomodating the entire crew
  820. should "coil burnout" force the abandonment of the other hull.
  821.     The terminology of vessel design adopted the convention of referring to
  822. the hull housing the Secondary coil system as the Secondary Hull, and
  823. the other housing the Primary coil only Impulse Drive as the Primary Hull.
  824. Tertiary drive systems simply wound yet another type of booster coil around
  825. the Primary and Secondary stages nested inside it, but as there were still
  826. only two drive systems and two main hull sections, the one with the large
  827. engine system continued to be called the Secondary Hull.
  828.     In the event of separation, the Primary Hull's Impulse Drive, freed of
  829. the weight of the entire Secondary Hull and the even more massive main drive
  830. engine nacelles, is usually large enough for superluminal propulsion.  This
  831. has been shown quite clearly in ST:TNG during the initial encounter with Q,
  832. when the Primary Hull found its way to Farpoint after the entire ship spent
  833. some 10 minutes pushing itself to its operational limits while going in
  834. exactly the opposite direction.  It is equally well implied by Geordi's
  835. instructions to Engineer Logan to take the Primary Hull to a Starbase if
  836. unable to re-establish contact with him after performing the saucer-sep
  837. manuevar in the "Arsenal of Freedom" incident.
  838.     The first three orders of warp field phenomena correspond to the first
  839. three "generations" of warp drive technology in the "Spaceflight Chronology".
  840. Logically, a "Fourth generation" designation should have waited for the
  841. developement of Quarternary warp, the sum of X^4 + (X^5)/5 + (X^6)/30 etc.,
  842. equivalent formula 24*((e^W)-((W^3)/6 + (W^2)/12 + W + 1)), but the impact of
  843. Dilithium on power generation, and thus overall performance, was so great
  844. that the "Fourth generation" label took hold for the Constitution class.  All
  845. orders of warp field phenomena remain subject to the Warp 10 limit on
  846. Delivered Power, but higher order warps produce greater velocity for the same
  847. Delivered Power than lower orders.  (See Appendix for tables of Primary,
  848. Secondary, and Quartenary Warp Factor Equivalent Velocities).
  849.     The term "Fifth generation" is usually applied to the abortive attempt to
  850. harness "Trans-Warp", a misbegotten application of the Interphase phenomena
  851. first observed by the Enterprise NCC-1701 during the "Tholian Web" incident.
  852. The abandonment of this dangerous system was made doubly disappointing by the
  853. continued failure of Federation science to perfect a workable Quartenary warp
  854. drive.  The seemingly insurmountable difficulties encountered in the early
  855. attempts at Quarternary drive design were the prime reason for the costly
  856. "Trans-Warp" interlude.
  857.     However, in the intervening decades advanced theoretical studies have led
  858. to vastly simpler, more reliable Tertiary drives which can be pushed, and
  859. above all held, far closer to the Warp 10 limit of Delivered Power than the
  860. original design multi-stage units.  These single stage "integrated" units
  861. were first used in ship's of the NCC-1701-C's Ambassador class, and marked
  862. the arrival of warp technology's "Sixth generation".  A highly refined and
  863. advanced version of this type of drive serves as the main propulsion for
  864. "Galaxy" class starships such as Enterprise NCC-1701-D.  Gone are the
  865. inefficientcies of the nested, three coil approach, advances in Impulsor
  866. Calculus theory and supercomputer simulation techniques having found a single
  867. coil equivalent.
  868.     As the early efforts at Quarternary warp floundered on the complexities
  869. of a four level multi-stage approach, the success of the single stage
  870. "integrated" approach for Tertiary warp has scientists of ST:TNG's era once
  871. more confident of eventual success, and aggressively paced research programs
  872. are again under way in the race for the Quartenary drive.  It should be noted
  873. that the extra heavy warp nacelle mountings and overall structural strength
  874. rating of the Galaxy class design should easily permit retrofitting of
  875. Quarternary Warp engines when they become available.
  876.     Montgomery Scott correctly predicted the crippling deficientcies of the
  877. Trans-Warp system, but was unable to dissuade StarFleet from investing in it.
  878. Rightly convinced that Quartenary warp would have to await improvements in
  879. warp theory permitting "integrated" designs, he attempted to convince
  880. StarFleet to allow him to challenge the Warp 10 Barrier itself.  Alas, Scott
  881. was never able to secure StarFleet backing for his proposal, and only a
  882. handful of ST:TNG era technical persons who've studied his original notes
  883. even know what he had in mind.
  884.     Realizing that the "SuperWarp" scheme was far too radical for his era,
  885. Scott dedicated his leisure time engineering studies to the design of the
  886. ship he felt StarFleet should build in place of more "Excelsior" class
  887. vessels.  Yet this project also offered too many radical advances, as Scott
  888. was allowing for upgrades to integrated Tertiary or even Quartenary main
  889. drives in his huge dreamship.  But while the Galaxy class would ultimately be
  890. larger and incorporate advances beyond his wildest imaginings, even a cursory
  891. glance at Scott's old plans and drawings reveals the striking similarities
  892. that mark the true lineage of these greatest of all StarShips.  NCC-1701-D's
  893. operational status is the way Scott would most have wanted StarFleet
  894. Engineering to acknowledge its continuing debt to its greatest practitioner.
  895.     As for the mechanics of SuperWarp, the mathematically inclined are invited
  896. to contemplate the significance of the other half of the hyperbola relating
  897. Generated to Delivered power, which most Federation scientists dismiss as a
  898. mere geometric curiousity.  Of course, scientists once thought that C itself
  899. represented an impassable barrier, yet as Spock would say, "There are always
  900. possibilities".
  901.     Without giving too much away, I can offer the following clue, that the
  902. Constitution class USS Enterprise NCC-1701 under James Kirk, once broke
  903. through the Warp Barrier by accident, the result of her Captain's famous
  904. propensity for taking desperate gambles in otherwise hopeless situations.
  905. Students of warp physics correctly identifying the occassion are eligible to
  906. win a scholarship to StarFleet academy, which, alas, may not be used until the
  907. 23rd century.
  908.  
  909.                                         -Leon Myerson; 72157,3432; 6/23/88
  910.  
  911.  
  912.                          APPENDIX 1 - PRIMARY WARP
  913.  
  914.  
  915.                     Generated     Delivered         Primary
  916.                     Power             Power         Warp x C
  917.  
  918.                            1        1.00000            1.72
  919.                            2        1.98354            6.27
  920.                            3        2.96260           18.35
  921.                            4        3.93509           50.17
  922.                            5        4.89755          132.96
  923.                            6        5.84370          344.05
  924.                            7        6.76140          862.85
  925.                            8        7.62571         2049.24
  926.                            9        8.38615         4384.92
  927.                           10        8.96633         7833.82
  928.  
  929.  
  930.                     Theoretical Limit = 22025.47 x C
  931.  
  932.                     Threshold Velocity = 0.5814 x C
  933.  
  934.                     Time Dilation at threshold = 0.813205
  935.  
  936.  
  937.  
  938.  
  939.                          APPENDIX 2 - SECONDARY WARP
  940.  
  941.  
  942.                     Generated     Delivered       Secondary
  943.                     Power             Power       Warp x C
  944.  
  945.                            1        1.00000            1.44
  946.                            2        1.98354            8.57
  947.                            3        2.96260           30.77
  948.                            4        3.93509           92.46
  949.                            5        4.89755          256.13
  950.                            6        5.84370          676.42
  951.                            7        6.76140         1712.18
  952.                            8        7.62571         4083.24
  953.                            9        8.38615         8753.06
  954.                           10        8.96633        15649.70
  955.  
  956.  
  957.                     Theoretical Limit = 44030.93 x C
  958.  
  959.                     Threshold Velocity = 0.6944 x C
  960.  
  961.                     Time Dilation at threshold = 0.717939
  962.  
  963.  
  964.  
  965.  
  966.                          APPENDIX 3 - QUARTERNARY WARP
  967.  
  968.  
  969.  
  970.                     Delivered      Generated      Quarternary
  971.                       Power          Power               Warp
  972.  
  973.                               1   1.0000000000           1.24
  974.                               2   2.0167653720          25.34
  975.                               3   3.0383208502         170.05
  976.                               4   4.0670614879         742.36
  977.                               5   5.1072983806        2617.92
  978.                               6   6.1676537197        8218.29
  979.                               7   7.2682459514       24167.20
  980.                             7.5   7.8487197368       40826.52
  981.                               8   8.4694304149       68510.99
  982.                             8.2   8.7364919027       84149.66
  983.                             8.4   9.0203187626      103286.47
  984.                             8.6   9.3280961537      126697.69
  985.                             8.8   9.6717993420      155331.49
  986.                               9  10.0729838055      190346.01
  987.                             9.1  10.3071067812      210676.62
  988.                             9.2  10.5747605008      233155.87
  989.                             9.3  10.8903152831      258009.95
  990.                             9.4  11.2777216596      285488.88
  991.                             9.5  11.7800905867      315868.94
  992.                             9.6  12.4836439773      349455.49
  993.                             9.7  13.5895662949      386586.00
  994.                             9.8  15.7014109302      427633.43
  995.                             9.9  21.8369448362      473009.97
  996.                              10    INFINITE         523171.18
  997.  
  998.  
  999.  
  1000.                     Theoretical Limit = 523171.18 x C
  1001.  
  1002.                     Threshold Velocity = 0.8065 x C
  1003.  
  1004.                     Time Dilation at threshold = 0.590200
  1005.  
  1006.  
  1007.  
  1008.  
  1009.  
  1010.     For comparison, here is a chart of Quarternary Warp Factor equivalent
  1011. velocities keyed on the older "Generated Power" scale.
  1012.  
  1013.  
  1014.                     Generated     Delivered     Quarternary
  1015.                     Power             Power      Warp x C
  1016.  
  1017.                            1        1.00000            1.24
  1018.                            2        1.98354           24.41
  1019.                            3        2.96260          159.92
  1020.                            4        3.93509          680.00
  1021.                            5        4.89755         2315.80
  1022.                            6        5.84370         6908.99
  1023.                            7        6.76140        18761.08
  1024.                            8        7.62571        46527.25
  1025.                            9        8.38615       101833.70
  1026.                           10        8.96633       183948.24
  1027.                           11        9.33067       266146.24
  1028.                           12        9.53548       327403.32
  1029.                           13        9.65322       368752.42
  1030.                           14        9.72615       396927.10
  1031.                           15        9.77477       416884.29
  1032.                           16        9.80915       431599.84
  1033.                           17        9.83463       442835.76
  1034.                           18        9.85421       451667.92
  1035.                           19        9.86971       458779.77
  1036.                           20        9.88225       464622.34
  1037.                           21        9.89262       469503.75
  1038.                           22        9.94445       494688.02
  1039.