빙하 유동 글렌 법칙 & 1,000Hz 0-Alloc C# 빙저 수압 윤활(Basal Sliding) 감압 및 빙붕 칼빙(Calving) 균열 진전 방재 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Numerics;

namespace ZeliDesk.Stem.Glaciology
{
    /// 

    /// 1,000Hz 빙저 수압 및 미세 빙진(Cryoseism) 모니터링 기반 바살 슬라이딩 감압 방재 서보
    /// GC 무할당 스택 메모리 0-Alloc 구현체
    /// 
    public ref struct GlacialBasalSlidingServo
    {
        // 빙하 물리 파라미터
        private const float IceDensityKgM3 = 917.0f;
        private const float WaterDensityKgM3 = 1000.0f;
        private const float GravityMps2 = 9.80665f;
        private const float IceThicknessM = 1200.0f;          // 빙하 두께 (1,200m)
        private const float FractureToughnessMpa = 0.25f;     // 파괴 인성 K_IC

        // 서보 제어 상태
        public float OverburdenIcePressureMpa;
        public float MeasuredBasalWaterPressureMpa;
        public float EffectiveNormalStressMpa;
        public float SlidingVelocityMpy;                    // 연간 활주 속도 (m/year)
        public float ReliefValveOpeningFraction;            // 0.0 ~ 1.0 (감압 밸브 개도)
        public float CalvingRiskIndex;                      // 0.0 ~ 1.0

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void Initialize()
        {
            // 상부 정빙압 P_i = rho_i * g * H
            OverburdenIcePressureMpa = (IceDensityKgM3 * GravityMps2 * IceThicknessM) * 1e-6f; // ~10.78 MPa
            MeasuredBasalWaterPressureMpa = OverburdenIcePressureMpa * 0.85f;
            EffectiveNormalStressMpa = OverburdenIcePressureMpa - MeasuredBasalWaterPressureMpa;
            SlidingVelocityMpy = 400.0f;
            ReliefValveOpeningFraction = 0.0f;
            CalvingRiskIndex = 0.1f;
        }

        /// 

        /// 1ms 제어 주기: 빙저 수압 및 극지 지진 센서 기반 유효 응력 추정 및 능동 배수 밸브 제어
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void StepGlacialControl(
            float basalPressureSensorMpa, 
            float cryoseismicRmsVelocityUmPs, 
            float tidalHeightOffsetM,
            out float commandedValveOpening, 
            out float currentSlidingSpeedMpy, 
            out float riskMetric)
        {
            MeasuredBasalWaterPressureMpa = basalPressureSensorMpa;

            // 1. 유효 수직 압력 N = P_i - P_w
            EffectiveNormalStressMpa = MathF.Max(0.01f, OverburdenIcePressureMpa - MeasuredBasalWaterPressureMpa);

            // 2. 바살 슬라이딩 속도 역산 (바이센-바우든 마찰 모델: u_b proportional to tau^3 / N^2)
            const float DrivingStressMpa = 0.12f; // 바닥 구동 전단 응력
            float stressNumerator = MathF.Pow(DrivingStressMpa, 3.0f);
            float stressDenominator = MathF.Pow(EffectiveNormalStressMpa, 2.0f);
            
            // 활주 속도 추정치 (m/year)
            SlidingVelocityMpy = (stressNumerator / stressDenominator) * 80000.0f;
            SlidingVelocityMpy = MathF.Max(10.0f, MathF.Min(15000.0f, SlidingVelocityMpy));

            // 3. 미세 빙진 및 조석 굴곡에 의한 칼빙 위험 지수(Calving Risk Index) 산출
            // N이 0에 근접하거나 진동이 급증할 때 파괴 진행
            float vibrationFactor = MathF.Min(1.0f, cryoseismicRmsVelocityUmPs / 50.0f);
            float lowStressFactor = MathF.Max(0.0f, 1.0f - (EffectiveNormalStressMpa / 1.5f));
            float tidalFactor = MathF.Max(0.0f, tidalHeightOffsetM / 3.0f);

            CalvingRiskIndex = 0.5f * lowStressFactor + 0.3f * vibrationFactor + 0.2f * tidalFactor;
            CalvingRiskIndex = MathF.Max(0.0f, MathF.Min(1.0f, CalvingRiskIndex));

            // 4. 1,000Hz 능동 배수 감압 밸브 서보 제어
            if (CalvingRiskIndex > 0.6f || EffectiveNormalStressMpa < 0.5f)
            {
                // 급격한 위험 상황: 배수 밸브 100% 개방
                ReliefValveOpeningFraction = MathF.Min(1.0f, ReliefValveOpeningFraction + 0.05f);
            }
            else
            {
                // 안정 상태: 점진적 폐쇄
                ReliefValveOpeningFraction = MathF.Max(0.0f, ReliefValveOpeningFraction - 0.01f);
            }

            commandedValveOpening = ReliefValveOpeningFraction;
            currentSlidingSpeedMpy = SlidingVelocityMpy;
            riskMetric = CalvingRiskIndex;
        }
    }
}