초·중·고 정보 과학(수치 미적분·충격파 전파 시뮬레이션·0-Alloc SIMD 가속)·물리(운동량-충격량 정리·에너지 보존·고체 탄소성 역학)·지구과학(지하 지질 구조·암반 P파/S파 전파) 2022 개정 교육과정과 국방부 전략사령부 핵심 억제 전력 현무-V(Hyunmoo-V) 초중량 8톤 탄두 고위력 탄도미사일 마하 10+ 대기권 재진입 및 종말 수직 직하강(Vertical Dive, 입사각 88°~90°): ZeliDesk의 온디바이스 순수 C# 극초음속 대기 재진입 유체-구조 연성(FSI) 공력 가열 수치 해석, 지하 100m 강화 콘크리트 및 화강암 다층 암반 관통(Deep Earth Penetration) 충격파 수치 적분 및 신관(Fuze) 감속도 프로파일 판정 1,000Hz 0-Alloc 엔진 아키텍처

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

namespace ZeliDesk.Defense.StrategicBallistic
{
    public enum LayerMaterial : byte
    {
        Air = 0,
        Soil = 1,
        ReinforcedConcrete = 2,
        GraniteRock = 3,
        BunkerVoid = 4
    }

    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct WarheadPenetrationState
    {
        public float DepthM;             // 지표면 기준 관통 깊이 (m, 지하는 양수)
        public float VelocityMps;        // 수직 침투 속도 (m/s)
        public float DecelerationG;      // 탄두 감속도 (단위: G, 1G = 9.80665 m/s^2)
        public float KineticEnergyGj;    // 잔여 운동에너지 (GJ)
        public LayerMaterial CurrentLayer;// 현재 관통 중인 지질 매질
        public bool IsVoidDetected;      // 공동(Bunker Room) 감지 여부
        public bool IsDetonated;         // 탄두 기폭 여부
        public float TimeInVoidMs;       // 공동 진입 후 경과 시간 (ms)
    }

    public sealed class Hyunmoo5PenetrationEngine
    {
        private const float WarheadMassKg = 8000.0f; // 8톤 탄두
        private const float WarheadRadiusM = 0.50f;   // 반경 0.5m (직경 1.0m)
        private const float OgiveCaliberRadius = 3.5f;// 오자이브 형상 계수 psi
        private const float GravitationalAccel = 9.80665f;

        // 지질 경계면 정의 (깊이 m)
        private const float SoilDepth = 10.0f;
        private const float ConcreteDepth = 35.0f;
        private const float RockDepth = 95.0f;
        private const float VoidStartDepth = 95.0f;
        private const float VoidEndDepth = 105.0f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void StepPenetration1000Hz(
            ref WarheadPenetrationState state,
            float dtSec = 0.0001f) // 극한 관통 충격파 해석을 위해 0.1ms 스텝
        {
            if (state.IsDetonated || state.VelocityMps <= 10.0f) return;

            // 1. 현재 지질 매질 및 물성 판정
            float rockDensity;
            float compressiveStrengthPa;
            DetermineLayerProperties(state.DepthM, out state.CurrentLayer, out rockDensity, out compressiveStrengthPa);

            // 2. 포레스트(Forrestal) 관통 저항력 계산
            float crossSectionArea = MathF.PI * WarheadRadiusM * WarheadRadiusM;
            float nStar = (1.0f / (3.0f * OgiveCaliberRadius)) - (1.0f / (24.0f * OgiveCaliberRadius * OgiveCaliberRadius));

            float resistanceForceN = 0.0f;
            if (state.CurrentLayer != LayerMaterial.BunkerVoid && state.CurrentLayer != LayerMaterial.Air)
            {
                // F = A * (S * fc + N* * rho * v^2)
                resistanceForceN = crossSectionArea * (compressiveStrengthPa * 1.2f + nStar * rockDensity * state.VelocityMps * state.VelocityMps);
            }

            // 3. 감속도 계산 및 G 환산
            float decelMps2 = resistanceForceN / WarheadMassKg;
            state.DecelerationG = decelMps2 / GravitationalAccel;

            // 4. 스마트 공동(Void) 감지 신관 로직
            if (state.CurrentLayer == LayerMaterial.BunkerVoid)
            {
                state.TimeInVoidMs += dtSec * 1000.0f;
                state.IsVoidDetected = true;

                // 공동 진입 후 2.5ms 지연 기폭 (방 중앙 최적 타격)
                if (state.TimeInVoidMs >= 2.5f)
                {
                    state.IsDetonated = true;
                }
            }

            // 5. 1차원 수치 적분
            state.VelocityMps = MathF.Max(state.VelocityMps - decelMps2 * dtSec, 0.0f);
            state.DepthM += state.VelocityMps * dtSec;
            state.KineticEnergyGj = (0.5f * WarheadMassKg * state.VelocityMps * state.VelocityMps) / 1e9f;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        private static void DetermineLayerProperties(
            float depthM,
            out LayerMaterial layer,
            out float densityKgM3,
            out float strengthPa)
        {
            if (depthM < 0.0f)
            {
                layer = LayerMaterial.Air;
                densityKgM3 = 1.225f;
                strengthPa = 0.0f;
            }
            else if (depthM < SoilDepth)
            {
                layer = LayerMaterial.Soil;
                densityKgM3 = 1800.0f;
                strengthPa = 5.0e6f; // 5 MPa
            }
            else if (depthM < ConcreteDepth)
            {
                layer = LayerMaterial.ReinforcedConcrete;
                densityKgM3 = 2450.0f;
                strengthPa = 100.0e6f; // 100 MPa 초고강도 콘크리트
            }
            else if (depthM < RockDepth)
            {
                layer = LayerMaterial.GraniteRock;
                densityKgM3 = 2750.0f;
                strengthPa = 180.0e6f; // 180 MPa 화강암 암반
            }
            else if (depthM <= VoidEndDepth)
            {
                layer = LayerMaterial.BunkerVoid;
                densityKgM3 = 1.225f;
                strengthPa = 0.0f;
            }
            else
            {
                layer = LayerMaterial.GraniteRock;
                densityKgM3 = 2750.0f;
                strengthPa = 180.0e6f;
            }
        }
    }
}