한화시스템 초소형 군집 SAR 위성 힐-클로헤시-윌트셔(HCW) 상대 편대 비행 & 레이저 인터위성 링크(ISL) 나노초 위상 동기화 1,000Hz 0-Alloc C# 엔진

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

namespace ZeliDesk.Defense.SpaceSystems
{
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 16)]
    public struct SatelliteFormationState
    {
        public Vector256<float> RelPosVel;    // [x, y, z, 0, vx, vy, vz, 0] (m, m/s)
        public float InterSatelliteDistM;     // 위성 간 상대 거리 (m)
        public float OpticalPhaseDelayNs;     // ISL 광학 전파 지연 (ns)
        public float J2PerturbationAccMps2;   // J2 차등 섭동 가속도 (m/s^2)
        public bool IsInSarCoherenceValid;    // 간섭계 위상 결맞음 유지 판정
    }

    public sealed class SarSatelliteFormationEngine
    {
        private const float EarthMu = 3.986004418e14f; // 지구 표준 중력 상수 (m^3/s^2)
        private const float OrbitRadius = 6878137.0f;  // 고도 500km 궤도 반경 (m)
        private const float SpeedOfLight = 299792458.0f; // 광속 (m/s)

        private readonly float _meanMotionN;
        private SatelliteFormationState _state;

        public SarSatelliteFormationEngine()
        {
            _meanMotionN = MathF.Sqrt(EarthMu / MathF.Pow(OrbitRadius, 3.0f));
            // 초기 상대 위치: x = 100m, y = 0, z = 50m, vy = -2*n*x
            float x0 = 100.0f;
            float vy0 = -2.0f * _meanMotionN * x0;
            _state.RelPosVel = Vector256.Create(x0, 0.0f, 50.0f, 0.0f, 0.0f, vy0, 0.0f, 0.0f);
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public ref readonly SatelliteFormationState StepFormationDynamics(
            float thrustUx, float thrustUy, float thrustUz, float dt)
        {
            Span<float> pv = stackalloc float[8];
            _state.RelPosVel.CopyTo(pv);

            float x = pv[0], y = pv[1], z = pv[2];
            float vx = pv[4], vy = pv[5], vz = pv[6];
            float n = _meanMotionN;

            // 1. HCW 상대 가속도 계산 (Coriolis 및 중력 구배 항)
            float ax = 2.0f * n * vy + 3.0f * n * n * x + thrustUx;
            float ay = -2.0f * n * vx + thrustUy;
            float az = -n * n * z + thrustUz;

            // 2. J2 비대칭 섭동 가속도 반영 (미소 차등 항)
            float j2Acc = 1.2e-6f * (x / 100.0f);
            ax -= j2Acc;
            _state.J2PerturbationAccMps2 = j2Acc;

            // 3. 수치 적분 (오일러-크로머 2차 보존형)
            vx += ax * dt;
            vy += ay * dt;
            vz += az * dt;

            x += vx * dt;
            y += vy * dt;
            z += vz * dt;

            // 4. 상대 거리 및 광통신 위상 지연 시간 계산
            float dist = MathF.Sqrt(x * x + y * y + z * z);
            float delayNs = (dist / SpeedOfLight) * 1.0e9f;

            _state.InterSatelliteDistM = dist;
            _state.OpticalPhaseDelayNs = delayNs;
            // 결맞음(Coherence) 유지 판정: 상대 거리 오차 0.2m 이내
            _state.IsInSarCoherenceValid = (MathF.Abs(dist - 111.8f) < 0.25f);

            _state.RelPosVel = Vector256.Create(x, y, z, 0.0f, vx, vy, vz, 0.0f);
            return ref _state;
        }
    }
}