홀 효과 플라즈마 슬러스터(HET) 자기 차폐 & 1,000Hz 0-Alloc C# 전자 구속 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;

namespace ZeliDesk.Stem.PlasmaPropulsion
{
    /// 

    /// 홀 슬러스터 1ms 방전 및 플라즈마 계측 프레임
    /// 
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public readonly struct HetTelemetryFrame
    {
        public readonly uint TickUs;
        public readonly float DischargeCurrentA; // 방전 전류 (A)
        public readonly float DischargeVoltageV; // 방전 전압 (V, ~300V)
        public readonly float WallLangmuirVolts;  // 벽면 프로브 부유 전위 (V)
        public readonly float XenonMassFlowMgps; // 제논 유량 (mg/s)

        public HetTelemetryFrame(uint us, float id, float vd, float vWall, float mdot)
        {
            TickUs = us;
            DischargeCurrentA = id;
            DischargeVoltageV = vd;
            WallLangmuirVolts = vWall;
            XenonMassFlowMgps = mdot;
        }
    }

    /// 

    /// 1,000Hz 0-Alloc 홀 슬러스터 자기 차폐 전자 구속 서보 엔진
    /// 
    public ref struct HallThrusterShieldingServo
    {
        private const float NominalDischargeCurrentA = 4.50f; // 정격 방전 전류
        private const float MaxWallErosionPotentialV = 45.0f;  // 벽면 충돌 한계 전위 (45V)

        private float _filteredDischargeCurrentA;
        private float _lastCurrentError;
        private float _coilCurrentCmdA;

        public HallThrusterShieldingServo(bool initialize = true)
        {
            _filteredDischargeCurrentA = NominalDischargeCurrentA;
            _lastCurrentError = 0.0f;
            _coilCurrentCmdA = 2.80f; // 기본 2.8A 전자석 자계
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public bool UpdateTick(in HetTelemetryFrame frame, out float thrustMilliNewtons, out float coilCurrentA, out bool erosionWarning)
        {
            // 1. 방전 전류 요동 지수 이동 평균 평활화 (0-Alloc)
            _filteredDischargeCurrentA = (0.2f * frame.DischargeCurrentA) + (0.8f * _filteredDischargeCurrentA);

            // 2. 비추력 및 순간 추력 산출 (T = \gamma * \dot{m} * v_e)
            float ionVelocityMps = MathF.Sqrt((2.0f * 1.602e-19f * frame.DischargeVoltageV) / (131.293f * 1.6605e-27f));
            thrustMilliNewtons = (frame.XenonMassFlowMgps * 1e-6f) * ionVelocityMps * 0.92f * 1000.0f;

            // 3. 자기 차폐 자계 코일 전류 PID 보정
            float currentError = _filteredDischargeCurrentA - NominalDischargeCurrentA;
            float deriv = (currentError - _lastCurrentError) / 0.001f;
            _lastCurrentError = currentError;

            float deltaCoil = (0.15f * currentError) + (0.01f * deriv);
            _coilCurrentCmdA = Math.Clamp(_coilCurrentCmdA + deltaCoil, 1.5f, 4.5f);
            coilCurrentA = _coilCurrentCmdA;

            // 4. 벽면 충돌 이온 침식 위험 판정
            erosionWarning = (frame.WallLangmuirVolts > MaxWallErosionPotentialV);

            return !erosionWarning;
        }
    }
}