소행성 YORP 효과 열복사 비대칭 토크 & 1,000Hz 0-Alloc C# 자전 가속 파쇄 한계 시뮬레이션 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Astronomy.AsteroidDynamics
{
    /// 

    /// 소행성 YORP 열복사 토크 및 자전 가속 한계 시뮬레이션 구조체 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct AsteroidYorpEngine
    {
        private const double SpeedOfLight = 299792458.0;      // m/s
        private const double StefanBoltzmann = 5.670374419e-8;// W/(m^2*K^4)
        private const double GravitationalConstant = 6.6743e-11; // m^3/(kg*s^2)

        private readonly double _meanRadius;           // m
        private readonly double _bulkDensity;          // kg/m^3
        private readonly double _momentOfInertiaC;     // kg*m^2
        private readonly double _yorpAsymmetryFactor;  // 비대칭 형상 계수 (1e-4 ~ 1e-2)
        private readonly double _heliocentricDistanceAU;// AU

        private double _currentSpinRateOmega;          // rad/s
        private double _spinBarrierOmega;              // 파쇄 임계 각속도 (rad/s)
        private double _netTorqueZ;                    // N*m

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public AsteroidYorpEngine(
            double meanRadius,
            double bulkDensity,
            double yorpAsymmetryFactor,
            double heliocentricDistanceAU,
            double initialRotationPeriodHours)
        {
            _meanRadius = meanRadius;
            _bulkDensity = bulkDensity;
            _yorpAsymmetryFactor = yorpAsymmetryFactor;
            _heliocentricDistanceAU = heliocentricDistanceAU;
            
            // 구형 근사 질량 및 주관성 모멘트: C = 0.4 * M * R^2
            double mass = (4.0 / 3.0) * Math.PI * Math.Pow(meanRadius, 3.0) * bulkDensity;
            _momentOfInertiaC = 0.4 * mass * meanRadius * meanRadius;

            _currentSpinRateOmega = (2.0 * Math.PI) / (initialRotationPeriodHours * 3600.0);
            
            // 파쇄 한계 각속도: omega_crit = sqrt(4/3 * pi * G * rho)
            _spinBarrierOmega = Math.Sqrt((4.0 / 3.0) * Math.PI * GravitationalConstant * bulkDensity);
            _netTorqueZ = 0.0;
        }

        /// 

        /// 태양 복사조도 및 표면 평균 온도 기반 궤도 평균 YORP 토크 적분 (1,000Hz 루프 스케일링)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateYorpStep(
            double meanSurfaceTempK, 
            double timeStepYears,
            out double spinPeriodHours, 
            out double torqueNetNm, 
            out bool isDisruptionImminent)
        {
            // 람베르트 열복사력 밀도: F_rad = (2/3) * (sigma * T^4) / c
            double thermalFlux = StefanBoltzmann * Math.Pow(meanSurfaceTempK, 4.0);
            double radiationForcePerArea = (2.0 / 3.0) * thermalFlux / SpeedOfLight;

            // 전체 표면 적분 YORP 회전 토크: tau = factor * F_rad * Area * R
            double surfaceArea = 4.0 * Math.PI * _meanRadius * _meanRadius;
            _netTorqueZ = _yorpAsymmetryFactor * radiationForcePerArea * surfaceArea * _meanRadius;

            // 장주기 자전 가속율 dOmega/dt = tau / C
            double dOmegaDtSec = _netTorqueZ / _momentOfInertiaC;
            double deltaOmega = dOmegaDtSec * (timeStepYears * 365.25 * 86400.0);
            _currentSpinRateOmega += deltaOmega;

            // 현재 자전 주기 환산 (시간)
            spinPeriodHours = (2.0 * Math.PI / _currentSpinRateOmega) / 3600.0;
            torqueNetNm = _netTorqueZ;

            // 회전 파쇄 장벽 도달 여부 점검
            isDisruptionImminent = _currentSpinRateOmega >= _spinBarrierOmega;
        }

        public double CurrentSpinRateOmega => _currentSpinRateOmega;
        public double SpinBarrierOmega => _spinBarrierOmega;
    }
}