home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Monster Media 1993 #3 / MONSTER.ISO / textfile / warpte.txt < prev    next >
Text File  |  1993-10-27  |  66KB  |  1,037 lines

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 This essay may be periodically superceded by revised versions uploaded to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