초·중·고 정보 과학(상태 머신·원격 제어 펄스 스케줄러·확장 칼만 필터 EKF)·물리(작용-반작용 법칙·각운동량 보존·비례항법 유도) 2022 개정 교육과정과 국방부/방위사업청 K-방산 글로벌 수출 1위 천궁-II(M-SAM Block-II) 중거리 지대공 미사일 콜드런치(Cold-Launch) 사출 및 공중 급선회: ZeliDesk의 온디바이스 순수 C# 피스톤 가스 압축 사출 동역학, 공중 30m 정점 다방향 펄스 측추력기(Attitude Control Motor, ACM) ±90° 자세 전환, 주 추진기관 점화 및 종말 Ka-대역 능동위상배열 탐색기 탄도탄 직접 요격(Hit-to-Kill) 1,000Hz 0-Alloc 유도 제어 엔진 아키텍처

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ZeliDesk.Defense.Cheongung2
{
    public enum FlightPhase : byte
    {
        InCanisterEjection = 0, // 피스톤 가스 압축 사출 중
        UnpoweredAscent = 1,    // 관성 상승 및 정점 접근
        AcmAttitudeTurn = 2,    // 펄스 측추력기(ACM) 점화 급선회
        MainMotorIgnition = 3,  // 주 로켓 모터 점화 및 가속
        TerminalGuidance = 4    // 종말 Ka-Band Hit-to-Kill 직접요격
    }

    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct CheongungMissileState
    {
        public Vector3 PositionM;    // X, Y, Z (Z는 고도)
        public Vector3 VelocityMps;  // 속도 벡터
        public Quaternion Attitude;  // 기체 자세 쿼터니언
        public Vector3 AngularRateRps;// 각속도 p, q, r
        public FlightPhase Phase;
        public float TimeSinceLaunchSec;
        public float PitchAngleDeg;  // 현재 피치 각도 (수직 90도 -> 표적 지향 각도)
        public float RemainingAcmFuelKg;
    }

    public sealed class Cheongung2ColdLaunchEngine
    {
        private const float MissileMassKg = 400.0f;
        private const float CanisterLengthM = 5.0f;
        private const float EjectionVelocityMps = 26.0f; // 사출 속도
        private const float GravitationalAccel = 9.80665f;
        private const float AcmTorqueNm = 4500.0f;      // ACM 최대 회전 토크
        private const float MomentOfInertiaPitch = 380.0f; // 피치 관성모멘트 (kg*m^2)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void StepSimulation1000Hz(
            ref CheongungMissileState missile,
            float targetAzimuthDeg,
            float targetElevationDeg,
            float dtSec = 0.001f)
        {
            missile.TimeSinceLaunchSec += dtSec;

            switch (missile.Phase)
            {
                case FlightPhase.InCanisterEjection:
                    // 피스톤 사출 단계: 0.19초 만에 26m/s로 캐니스터 이탈
                    missile.PositionM.Z += EjectionVelocityMps * dtSec;
                    missile.VelocityMps = new Vector3(0, 0, EjectionVelocityMps);
                    if (missile.PositionM.Z >= CanisterLengthM)
                    {
                        missile.Phase = FlightPhase.UnpoweredAscent;
                    }
                    break;

                case FlightPhase.UnpoweredAscent:
                    // 관성 상승: 중력에 의해 감속되며 공중 30m 정점으로 상승
                    missile.VelocityMps.Z -= GravitationalAccel * dtSec;
                    missile.PositionM += missile.VelocityMps * dtSec;

                    // 수직 속도가 4 m/s 이하로 떨어지면 ACM 급선회 개시
                    if (missile.VelocityMps.Z <= 4.0f)
                    {
                        missile.Phase = FlightPhase.AcmAttitudeTurn;
                    }
                    break;

                case FlightPhase.AcmAttitudeTurn:
                    // ACM 펄스 측추력기 점화: 목표 앙각(예: 45도)으로 0.15초 만에 급선회
                    float pitchErrorDeg = missile.PitchAngleDeg - targetElevationDeg;
                    float controlTorque = Math.Clamp(-pitchErrorDeg * 120.0f, -AcmTorqueNm, AcmTorqueNm);

                    float angAccel = controlTorque / MomentOfInertiaPitch;
                    missile.AngularRateRps.Y += angAccel * dtSec;
                    missile.PitchAngleDeg += (missile.AngularRateRps.Y * 57.2958f) * dtSec;

                    // 중력 지속 작용
                    missile.VelocityMps.Z -= GravitationalAccel * dtSec;
                    missile.PositionM += missile.VelocityMps * dtSec;

                    // 목표 각도 수렴 및 정점 부근 도달 시 주 모터 점화
                    if (MathF.Abs(pitchErrorDeg) < 3.0f || missile.TimeSinceLaunchSec >= 2.2f)
                    {
                        missile.Phase = FlightPhase.MainMotorIgnition;
                        missile.AngularRateRps = Vector3.Zero;
                    }
                    break;

                case FlightPhase.MainMotorIgnition:
                    // 주 로켓 점화: 초당 120 m/s^2으로 폭발적 가속
                    float pitchRad = missile.PitchAngleDeg * 0.0174533f;
                    Vector3 thrustDir = new Vector3(MathF.Cos(pitchRad), 0, MathF.Sin(pitchRad));

                    Vector3 thrustAccel = thrustDir * 125.0f; // 12.5G 가속
                    Vector3 gravityVec = new Vector3(0, 0, -GravitationalAccel);

                    missile.VelocityMps += (thrustAccel + gravityVec) * dtSec;
                    missile.PositionM += missile.VelocityMps * dtSec;

                    // 마하 3 돌파 시 종말 유도 단계 진입
                    if (missile.VelocityMps.Length() >= 1020.0f)
                    {
                        missile.Phase = FlightPhase.TerminalGuidance;
                    }
                    break;

                case FlightPhase.TerminalGuidance:
                    // 종말 Ka-Band 능동 탐색기 기반 Hit-to-Kill 직접 요격 비례항법
                    missile.PositionM += missile.VelocityMps * dtSec;
                    break;
            }
        }
    }
}