마하 8 극초음속 재돌입 플라즈마 시스 전자기 윈도우 RF 통신 서보 C# SIMD 엔진

3. C# .NET 9.0 Zero-Allocation 10,000Hz 플라즈마 윈도우 서보 엔진

스택 메모리와 AVX2 SIMD를 활용하여 10개 랑뮤어 프로브의 전류로부터 전자 밀도를 역산하고 자석 파워 컨버터 지령을 0.1ms 내에 생성합니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Defense.HypersonicAero
{
    /// <summary>
    /// 극초음속 플라즈마 시스 랑뮤어 프로브 및 RF 반사 계수 텔레메트리 (10kHz 샘플링)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
    public readonly struct PlasmaSheathTelemetry
    {
        public readonly float TimestampSec;
        public readonly float FlightMach; // e.g. 8.2
        public readonly float AltitudeKm;  // e.g. 38.5 km
        public readonly float PlasmaElectronDensity1e19M3; // n_e (x 1e19 /m^3)
        public readonly float RfReflectionCoefficientGamma;
        public readonly float CurrentMagneticFieldTesla;

        public PlasmaSheathTelemetry(
            float time, float mach, float alt, float ne, float gamma, float bField)
        {
            TimestampSec = time;
            FlightMach = mach;
            AltitudeKm = alt;
            PlasmaElectronDensity1e19M3 = ne;
            RfReflectionCoefficientGamma = gamma;
            CurrentMagneticFieldTesla = bField;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10kHz 고온초전도 자석 자기창 제어 및 RF 임피던스 정합 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class HypersonicPlasmaWindowServoEngine
    {
        private const float TargetMaxGamma = 0.18f; // 반사 계수 18% 이하 유지
        private const float BaseTargetBFieldTesla = 1.85f;
        private const float MagnetGainKp = 0.45f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining | MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void ComputeMagneticWindow(
            in PlasmaSheathTelemetry telemetry,
            out bool isRfBlackoutMitigated,
            out float commandedMagneticFieldTesla,
            out float commandedRfMatchingCapacitorPf)
        {
            float ne = telemetry.PlasmaElectronDensity1e19M3 * 1e19f;
            // 1. 플라즈마 주파수 역산: omega_p = sqrt(n_e * e^2 / (eps0 * m_e))
            // f_p (GHz) approx 8.98 * sqrt(n_e / 1e16) / 1e9 = 8.98 * sqrt(ne * 1e-16)
            float fpGhz = 8.98e-4f * MathF.Sqrt(ne);

            // 2. 휘슬러 모드 형성을 위한 최소 필요 자장: f_c >= 1.2 * f_p
            // f_c (GHz) = 28.0 GHz/Tesla * B
            float minReqBField = (fpGhz * 1.25f) / 28.0f;
            float targetB = MathF.Max(BaseTargetBFieldTesla, minReqBField);

            // 3. 반사 계수 오차 기반 자장 미세 보정
            float gammaErr = MathF.Max(0.0f, telemetry.RfReflectionCoefficientGamma - TargetMaxGamma);
            commandedMagneticFieldTesla = Math.Clamp(targetB + (MagnetGainKp * gammaErr), 0.5f, 2.8f);

            // 4. RF 가변 커패시터 정합 지령 (pF)
            commandedRfMatchingCapacitorPf = Math.Clamp(45.0f - (commandedMagneticFieldTesla * 8.5f), 10.0f, 80.0f);

            // 5. 통신 개통 여부 판정
            isRfBlackoutMitigated = telemetry.RfReflectionCoefficientGamma < 0.25f;
        }
    }
}