변환 추진

기술 > 기술 유형 또는 물질 > 드라이텍/하일로텍
기술 > 응용 > 운송 > 성간 운송
기술 > 응용 > 물질 변환
기술 > 응용 > 동력 생성
기술 > 응용 > 운송 > 추진 기술
기술 > 기술 수준 > 초월지성텍(Transapientech) / 갓텍(Godtech) / 클라크텍

이미지 제공: Steve Bowers
변환 드라이브가 생성하는 에너지는 상당하며, 비교적 오랜 기간 동안 지속될 수 있다. 확대 이미지를 보려면 클릭하세요

변환 드라이브는 단극자 촉매 중입자 붕괴로부터 동력의 최소 일부를 얻는 반응 엔진의 한 종류이며, 제2특이점(Second Singularity) 초월지성(Transapient)들이 안정적인 대통일 이론 자기 단극자를 생성한 이후 가능해졌다.

단극자 촉매 중입자 붕괴의 기본 반응은 물질-반물질 소멸과 개념상 비슷하다. 다만 메커니즘과 반응 생성물의 종류는 크게 다르다. 따라서 표준 반물질 로켓은 변환 드라이브로 쉽게 개조할 수 있다. 반물질 드라이브와 달리 대통일 이론 단극자는 저장·조작이 훨씬 간단하다. 비이온화 물질과도 쉽게 반응하지 않아 격납 실패 우려도 적다.

역사와 배경

최초의 변환 드라이브는 초기 제2특이점 지성들이 자기 단극자 생성 기술을 개발한 직후 거의 즉시 개발되었다. 그러한 기술이 모도소폰트들에게 제공된 것은 후기 연방(Late Federation) 시대가 되어서였다. S2 변환 드라이브는 S1 반물질(Amat) 드라이브보다 실질적으로 뛰어난 성능을 내지는 못했지만, 제작이 더 간단했고 연료 공급이 훨씬 쉬웠다. 변환 우주선은 반물질 우주선보다 더 높은 속도를 쉽게 달성하고 더 안전하게 작동할 수 있었다.

한동안 변환 드라이브는 새로 등장한 S2 '반신'들의 일종의 '명함'으로 여겨졌다. 그러나 S1에 이어 모도소폰트 수준 지성도 단극자를 얻고 입자 가속기에서 쉽게 '증식'하는 기술을 개발하면서, 여러 형태의 드라이브는 보편화된 뒤 흔해졌다. 가장 널리 알려진 효과는 진정한 상대론적 성간 여행을 행성간 정부보다 작은 조직에도 현실적인 선택지로 만들었다는 점이다. 덜 알려졌지만 어쩌면 그만큼 중요한 효과는 거대 반물질 메가코프들의 지배를 무너뜨린 일이었다. 이는 행성간 시대(Interplanetary Age)까지 거슬러 올라가던 독점을 끝냈다.

변환 열 추진

고체 코어 변환 로켓으로도 알려진 이 시스템들은 고체 코어 반물질 로켓과 매우 유사한 고밀도 금속 열교환기를 사용한다. 열교환기의 일부가 이온화되어야 하고 단극자가 결과 플라즈마에 주입되어 엔진의 나머지 부분을 가열해야 하므로, 그들의 작동은 약간 더 복잡하다. 비추력은 약 1000-2000초로 제한되지만, 추력은 매우 높을 수 있어 이러한 엔진들은 행성 중량물 로켓에 적합하다.

변환 개시 핵융합

단극자 촉매 핵융합이라고도 불리는 이것은 가장 단순한 형태의 변환 반응이며, 가장 일반적인 모도소폰트 발전기와 로켓 엔진 설계의 기초를 형성한다. 이것은 개념적으로 반물질 개시 핵분열 또는 핵융합과 매우 유사하다. 변환 단극자는 중수소/헬륨-3과 같은 핵융합 연료의 뜨겁고 밀도 높은 플라즈마에 주입된다. 일부 단극자는 플라즈마의 핵과 상호작용하며, 결과적인 중입자 붕괴로 방출되는 에너지는 플라즈마에서 핵융합을 유도하기에 충분하다.

반물질과 달리 단극자와 핵융합 연료는 미리 결합해도 안전하다. 보통 변환 단극자가 결합된 철심과 중수소 얼음·헬륨-3으로 된 외층을 갖춘 연료 펠릿으로 만든다. 표준 관성 구속 기술로 펠릿을 가열·압축하면 철심이 이온화되고 변환 단극자가 방출된다. 반응 에너지는 표준 반물질 개시 핵융합보다 크지 않다. 그러나 반양성자 빔이나 반수소 플라즈마 방출기가 필요 없어 엔진 설계가 훨씬 단순해진다. 이 펠릿은 개조하지 않은 모도소폰트 ICF 로켓에도 쓸 수 있어 테라젠 구역의 울트라텍 사회에서 매우 흔하다.

성능과 효율성은 기존의 빔 구동 또는 반물질 개시 핵융합과 동일하며, 최대 비추력은 약 800,000초이다. 그 성능 수준에서, 최고의 초월지성 설계 드라이브조차도 5 중력 가속도를 초과하는 추력을 갖지 못한다.

플라즈마 코어 변환

자기적으로 구속된 반응 챔버와 자기 노즐을 사용하는 반물질 플라즈마 코어 로켓과 유사하다. 반물질 버전과 달리, 연료는 반응 챔버에 주입되기 전에 다른 수단으로 이온화되어야 하며, 종종 표준 플라즈마 생성 기술 또는 펄스 레이저 시스템을 사용하여 설계를 복잡하게 하여 반물질에서 변환으로의 직접적인 업그레이드를 방지한다.

가장 단순한 형태에서, 변환 단극자 빔은 드라이브 챔버의 긴 축을 따라 발사된다. 각 단극자는 하나 이상의 핵자를 변환할 수 있으며, 이는 반물질 동등물보다 이 설계의 효율성을 증가시킨다. 더 정교한 설계는 횡단 단극자 빔과 단극자의 재활용을 허용하는 수집 메커니즘을 사용하여 결과적으로 연료 요구 사항과 운영 비용을 낮춘다. 이러한 단극자 재활용 시스템은 반응 질량 플라즈마의 자기 구속을 왜곡하는 것을 피하고 떠도는 단극자가 구속 자석을 오염시켜 엔진 출력을 감소시키는 것을 방지하기 위해 극도로 복잡한 전기 및 자기장 제어 시스템을 필요로 한다. 이러한 공학적 위업은 모도소폰트 능력의 한계에 있으며, 일반적으로 초월지성 드라이브 시스템의 영역이다. 붕괴 생성물은 "연소되지 않은" 반응 질량과 상호작용하여 뜨거운 플라즈마를 형성하며, 이는 추력을 생성하기 위해 자기 노즐 밖으로 분출될 수 있다.

PCC 로켓은 반물질 로켓과 같은 근본적 결함이 있다. 반응 챔버 자석에 상당한 차폐와 냉각이 필요하다는 점이다. 따라서 대형·고출력·고추력 "토치 드라이브"보다는 무인 화물선과 탐사선용 고효율·저추력 엔진에 주로 쓰인다. 비추력은 100만 초에 이를 수 있어 심우주와 느린 성간 임무에 알맞다. 고추력·저비추력형은 행성간 또는 중량물 로켓에 쓰인다. ICF 드라이브만큼 강력하지는 않지만, PCC 드라이브는 물이나 일반 수소로 효율적으로 작동하며 비상시에는 레골리스 먼지처럼 단순한 연료도 사용할 수 있다.

최대 비추력은 CIF와 매우 유사하게 800,000초로 제한되는 경향이 있지만, 최대 추력은 S1 드라이브조차도 단일 중력 가속도에 도달하지 못할 가능성이 높다.

빔 코어 변환

반물질 빔 코어(Antimatter Beam Core)의 동등물인 이 로켓 엔진은 반응 질량 전체에서 중입자 붕괴를 유도하도록 의도되었다. 이것은 제2특이점 지성들에게도 어려운 제안인데, 모든 중입자가 단극자와 반응하도록 보장하기 위해 매우 긴 반응 챔버가 필요하거나(이것은 심각한 열 배출, 차폐 및 질량 요구 사항을 가짐) 반응 챔버에서 매우 높은 단극자 밀도가 필요하기 때문이다. 이는 차례로 자체적인 문제를 가지고 있는데, 같은 전하를 가진 단극자들은 밀도를 제한하면서 반발하고 반대 전하를 가진 단극자들은 끌어당겨 중성 단극자 결합 상태를 형성하여 더 많은 유용한 작업에 기여하지 않고 반응 챔버 밖으로 튀어나가기 때문이다.

플라즈마 코어 드라이브처럼 일부 설계는 낭비를 줄이려고 단극자를 재활용한다. 설계가 워낙 복잡해 제어 시스템은 모도소폰트나 제1특이점(First singularity) 초월지성이 개발할 수 없는 수준에 이른다. 더 높은 초월지성은 때때로 이 기술을 낮은 지성에게 선물한다. 플라즈마 코어 드라이브와 달리 가열·차폐 문제는 기존 반물질 빔 코어 로켓보다 훨씬 심하지 않다.

이 유형의 기본 로켓의 성능은 반물질 빔 코어와 매우 유사하며, 우주선급 최대 비추력은 1,000만 초이다. 연료 요구 사항은 훨씬 더 간단하며, 완전 변환 드라이브는 말 그대로 모든 종류의 물질을 받아들인다. 중입자 붕괴 반응은 소멸 반응보다 약간 더 많은 중성 파이온을 생성하므로 연료 효율이 약간 낮고 차폐 요구 사항이 약간 높다.

램제트 우주선에서 변환 단극자를 사용하는 것은 설계가 진정으로 그 장점을 보여주는 곳이다. 기본 엔진 출력과 추력은 반물질 연료 램 증강 성간 로켓과 동등하지만, 단극자를 재활용하는 능력은 효율성을 크게 증가시킨다. 단극자 연료 비축량이 고갈되기 전에 훨씬 더 긴 여정이 수행될 수 있다.

비추력은 10,000,000초보다 높지 않다. 초월지성 설계 드라이브는 10 중력 가속도만큼의 추력을 가질 수 있지만, 차폐 및 열 배출 문제는 특히 모도소폰트 설계의 경우 이것을 지속된 추력의 몇 중력 가속도로만 제한하는 경향이 있다.

무손실 변환

제3특이점(Third singularity) 지성들의 출현과 그들의 마그매터 발견과 함께, 변환 단극자를 마그매터 메시에 결합하여 그들의 손실을 방지하고 엔진 설계를 크게 단순화할 수 있게 된다. S2 단극자 재활용기와 달리, 단극자가 배기 스트림에서 손실되거나 자석에 결합하여 드라이브 성능을 감소시키는 "자기 중독"을 일으킬 가능성이 없다. 램제트에서, 재연료의 필요성이 완전히 제거되어, 마침내 버서드의 설계의 잠재력을 실현한다. 복잡한 재활용 필드의 필요성 제거는 또한 높은 초월지성 수준 제어 시스템의 요구 사항을 제거하여, 마그매터 구성 요소만 주어지면 S0와 S1 조선공들이 작동하는 드라이브 시스템을 건조할 수 있게 한다. 난파된 우주선에서 이러한 구성 요소를 회수하는 것은 극도로 수익성이 높다... 일부 경우에, 드라이브 메시의 가치는 우주선의 나머지 부분, 승무원 및 화물의 가치를 모두 합친 것을 초과하며, 손상에 대한 극도의 탄력성은 드라이브를 회수하기 위해 의도적으로 그러한 우주선을 파괴하는 것이 해적 행위를 위한 실용적인 기술임을 의미한다.

무손실 완전 변환 시스템의 흔한 설계 중 하나는 이른바 "팩맨" 드라이브다. 반응 챔버는 속이 빈 마그매터 메시, 즉 "맨틀"이며 변환 단극자는 메시 교차점의 약 3분의 1에 결합한다. 대통일 이론 변환 단극자는 질량이 막대해 드라이브 성능을 떨어뜨리지 않고 쓸 수 있는 수에 현실적인 상한이 있다.

메시는 반응 챔버를 통과하는 모든 중입자의 약 30%가 변환 단극자를 만나 따라서 붕괴하도록 보장되도록 주의 깊게 짜여져 있다. 드라이브는 마그매터 와이어 그리드(때때로 "리깅"이라고 불림)로 반응 챔버를 열고 연료 펠릿을 주입함으로써 작동된다. 리깅은 맨틀을 닫도록 조정되어, 그 내용물을 메시를 통해 강제로 통과시키고 연료 펠릿의 모든 핵자가 붕괴하도록 유도한다. 반응 생성물은 메시를 통해 방해받지 않고 날아가며, 다른 빔 코어 드라이브와 매우 유사하게 자기 노즐을 통해 유도될 수 있다. 2차 마그매터 차폐는 결과적으로 발생하는 강렬한 감마 방사선으로부터 연료 펠릿 주입 시스템의 끝을 보호한다.

이 유형의 일반적인 드라이브는 1mm 연료 펠릿을 받아들인다. 맨틀과 차폐의 질량은 약 160,000톤이며, 대부분은 메시가 지지하는 대통일 이론 변환 단극자다. 마그매터를 통합한 연료 이송 장치는 60MHz로 왕복 운동한다. 펄스 하나는 약 2.8 GJ를 방출하고 배기 속도 0.3 c의 플라즈마를 생성하며 충격량 17 kg m/s를 전달한다. 반복률이 60 MHz일 때 총 드라이브 출력은 100 PW, 추력은 1 GN에 이른다.

핵 규모 메시의 건조는 제3토포소픽(Third toposophic) 지성들에게도 복잡하며, 펨토스케일 공학의 예이다. 이상적으로, 메시(또는 메시 패널)는 단일 거대자기분자 구조로부터 형성된다. 간격이 약 0.85 펨토미터 양성자의 근사 직경보다 넓지 않은 희소한 2차원 결정이다. 훨씬 더 밀도 높은 메시(순수한 마그그래핀과 같은)와 훨씬 더 희소한 메시는 제작하기 쉽지만, 전자는 이상적인 메시보다 몇 배나 더 무거울 수 있고 후자는 완전한 변환을 보장하지 않는다. 가장 가벼운 메시와 가장 효율적인 설계는 S4 펨토공학의 특징이다.

성능은 다른 모든 빔 코어 로켓과 동등하지만, 연료 효율성은 약간 더 높다(또는 램제트 우주선의 경우, 연료 효율성은 단순히 더 이상 문제가 되지 않는다).

감마 반사기

변환 반응은 소멸 반응보다 더 많은 에너지를 감마선으로 방출하는 경향이 있지만, 감마선을 우주선의 뒤쪽으로 유도하여 유용한 추력을 생성하도록 의도된 감마선 레이저 기술에는 적합하지 않다. 이러한 이유로, S2 지성들은 성간 매질이 변환 램제트를 지원하기에 너무 희박한 지역을 통한 길거나 빠른 여정을 위해 반물질 동력 우주선을 사용하는 것으로 알려져 있다.

마그매터 공학의 출현과 함께, 중성 파이온 붕괴에 의해 방출되는 감마선의 파장보다 약간 작은 격자 간격을 가진 희소한 마그매터 그물을 사용하여 감마선 거울을 만드는 것이 가능해진다. 이것은 변환 반응 그리고 실제로 반물질 소멸 감마선의 주요 소스인 약 17.8fm이다. 경량 감마 거울의 건조는 어렵기 때문에, 대부분의 선물 드라이브는 더 간단하고 훨씬 더 작은 고체 마그매터 차폐를 사용한다. 차폐를 포물선 마그매터 반사기(다른 설계에서 노즐, 벨 또는 골무라고 다양하게 불림)로 교체하면 초기 감마선의 상당 부분을 엔진 뒤쪽으로 유도하여 추가 추력에 기여하고, 방출된 에너지를 더 많이 활용하며, 드라이브의 나머지 부분을 더 효과적으로 차폐한다. 에너지 효율은 80%에 접근할 수 있으며, 비추력은 표준 변환 및 기존 반물질을 초과하지만 순수 광자 드라이브에는 도달하지 않는다.

훨씬 더 많은 비율의 반응 에너지를 반사하고 유도할 최소 10 m 길이와 5 m 반경의 포물면 형태로 훨씬 더 큰 감마 반사기를 만드는 것이 가능할 것이다. 자기 노즐은 여전히 필요하지만(변환 반응의 붕괴 생성물이 마그매터를 똑바로 통과할 것이므로), 이것은 반사기 자체의 구조에 통합될 수 있다. 이것은 훨씬 더 에너지 효율적이고 따라서 더 높은 출력이지만, 그러한 드라이브 어셈블리는 수백만 톤의 무게가 나갈 것이다.

성능은 최고의 설계의 경우 2,000만 초에 접근할 수 있으며, 표준 빔 코어 설계보다 추력이 약간 증가한다.