AIDT 온디바이스 국방 MUM-T 극초음속 활공비행체(HGV) 열방호(TPS) 삭마 공력 중심 이동 보상 및 마하 10+ 재진입 궤도 유도 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.HypersonicGuidance
{
    /// <summary>
    /// 극초음속 HGV 재진입 비행 텔레메트리 상태
    /// </summary>
    public readonly ref struct HypersonicFlightTelemetryState
    {
        public readonly double MachNumber;              // 마하 수 [-]
        public readonly double DynamicPressureKiloPa;   // 동압 q_inf [kPa]
        public readonly double AltitudeKm;              // 고도 [km]
        public readonly double AngleOfAttackDeg;        // 받음각 alpha [deg]
        public readonly double PitchRateDegPerSec;      // 피치 각속도 q [deg/s]
        public readonly double NoseStagnationTempKelvin;// 노즈콘 정체점 온도 [K]
        public readonly double CumulativeAblationMm;    // 누적 노즈 삭마 두께 [mm]

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public HypersonicFlightTelemetryState(
            double mach, double q, double alt, double aoa, double qRate, double temp, double abl)
        {
            MachNumber = mach;
            DynamicPressureKiloPa = q;
            AltitudeKm = alt;
            AngleOfAttackDeg = aoa;
            PitchRateDegPerSec = qRate;
            NoseStagnationTempKelvin = temp;
            CumulativeAblationMm = abl;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 극초음속 복합 제어기 구동 명령
    /// </summary>
    public readonly ref struct HypersonicReentryControlCommand
    {
        public readonly double ElevonDeflectionDeg;     // 공력 엘레본 플랩 조종각 [deg]
        public readonly double RcsPitchThrustNewtons;   // 반작용 제어(RCS) 피치 보조 추력 [N]
        public readonly double InstantaneousCpShiftMm;  // 공력 중심 변위 [mm]
        public readonly double GlideLiftToDragRatio;    // 양항비 L/D
        public readonly bool IsThermalAblationSafe;     // TPS 삭마율 한계 안전 여부

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public HypersonicReentryControlCommand(
            double elevon, double rcs, double cpShift, double ld, bool safe)
        {
            ElevonDeflectionDeg = elevon;
            RcsPitchThrustNewtons = rcs;
            InstantaneousCpShiftMm = cpShift;
            GlideLiftToDragRatio = ld;
            IsThermalAblationSafe = safe;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10,000Hz 주기 극초음속 HGV TPS 삭마 보상 재진입 유도 서보 엔진
    /// </summary>
    public ref struct HypersonicAblationGuidanceServoEngine
    {
        private const double ReferenceChordMm = 2500.0;    // 기준 평균 공력 시위(MAC) [mm]
        private const double BaselineCmAlpha = -0.015;     // 기본 피치 정적 안정성 미계수
        private const double CmElevon = 0.028;             // 엘레본 제어 미계수

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public HypersonicReentryControlCommand CalculateControl(
            in HypersonicFlightTelemetryState state, double dtSeconds)
        {
            // 1. TPS 삭마에 따른 공력 중심(CP) 전방 이동 추정
            // 삭마 1mm 당 CP 전방 이동 약 4.2mm
            double cpShiftMm = state.CumulativeAblationMm * 4.2;
            double staticMarginShift = cpShiftMm / ReferenceChordMm;

            // 2. 피치 모멘트 평형 엘레본 각도 역산
            // 불안정성 증가 보상: delta_elevon = (delta_SM * C_L) / Cm_elevon
            double clAlpha = 0.045 * state.AngleOfAttackDeg; // 양력 계수 근사
            double requiredDeflection = (staticMarginShift * clAlpha) / CmElevon;

            // 동압 기반 감쇠 제어 (Pitch Damping)
            double dampingTerm = 0.08 * state.PitchRateDegPerSec;
            double totalElevon = requiredDeflection - dampingTerm;
            totalElevon = Math.Clamp(totalElevon, -25.0, 25.0);

            // 3. 고도 40km 이상 희박 대기 또는 플랩 포화 시 RCS 피치 추력 복합 분사
            double rcsThrust = 0.0;
            if (state.AltitudeKm > 45.0 || Math.Abs(totalElevon) > 20.0)
            {
                rcsThrust = Math.Sign(totalElevon) * 850.0; // 850N RCS 펄스 인가
            }

            // 양항비 (L/D) 계산: 마하 10+ 활공 최적 받음각(약 12도) 근방 모델링
            double liftToDrag = 3.2 - 0.05 * Math.Abs(state.AngleOfAttackDeg - 12.0) - 0.08 * (state.MachNumber - 10.0);
            liftToDrag = Math.Clamp(liftToDrag, 1.2, 3.8);

            // 열방호 안전 한계 판정 (정체점 3300K 이하 및 누적 삭마 25mm 이하)
            bool isSafe = (state.NoseStagnationTempKelvin < 3300.0) && (state.CumulativeAblationMm < 25.0);

            return new HypersonicReentryControlCommand(
                totalElevon,
                rcsThrust,
                cpShiftMm,
                liftToDrag,
                isSafe
            );
        }
    }
}