목성 탐사선 JUICE 가니메데 자기권 알펜 파동(Alfvén Wave) 유도 전계 & 1,000Hz 0-Alloc C# 탐사선 차동 대전 억제 및 지하 해양 유도 자계 분리 서보 엔진

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

namespace ZeliDesk.Stem.SpacePhysics
{
    /// 

    /// 1,000Hz JUICE 가니메데 자기권 알펜 파동 간섭 차폐 및 탐사선 차동 대전 중화 서보
    /// GC 무할당 스택 메모리 0-Alloc 구현체
    /// 
    public ref struct JuiceGanymedeAlfvenServo
    {
        // 목성 및 가니메데 우주물리 상수
        private const float JupiterBackgroundFieldNt = 100.0f;  // 목성 배경 자계 (100 nT)
        private const float GanymedeDipoleMomentNt = 750.0f;     // 가니메데 표면 고유 자계 (750 nT)
        private const float NominalAlfvenSpeedKmS = 500.0f;      // 국소 알펜 속도 (500 km/s)
        private const float MaxEmitterCurrentMa = 10.0f;         // 플라즈마 이미터 최대 중화 전류 (10 mA)

        // 서보 제어 상태
        public float MeasuredSpacecraftPotentialV;
        public float TargetSpacecraftPotentialV;
        public float ExtractedSubsurfaceOceanFieldNt;
        public float CommandedEmitterCurrentMa;
        public float EstimatedAlfvenMachNumber;
        public bool IsSpacecraftArcingRisk;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void Initialize()
        {
            MeasuredSpacecraftPotentialV = -45.0f; // 초기 음전하 대전 상태
            TargetSpacecraftPotentialV = 0.0f;
            ExtractedSubsurfaceOceanFieldNt = 0.0f;
            CommandedEmitterCurrentMa = 0.0f;
            EstimatedAlfvenMachNumber = 0.80f;
            IsSpacecraftArcingRisk = false;
        }

        /// 

        /// 1ms 제어 주기: 랭뮤어 프로브 및 FGM 자력계로부터 알펜 간섭 분리 및 탐사선 전위 중화
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void StepPlasmaControl(
            float langmuirProbeVolts, 
            float rawBFieldXNt, 
            float rawBFieldYNt, 
            float rawBFieldZNt,
            out float emitterCurrentMa, 
            out float oceanInductionFieldNt, 
            out float safetyMarginPercent)
        {
            MeasuredSpacecraftPotentialV = langmuirProbeVolts;

            // 1. 우주선 아킹(Arcing) 위험 감시 (전위 절대값 > 100V 시 위험)
            IsSpacecraftArcingRisk = MathF.Abs(MeasuredSpacecraftPotentialV) > 100.0f;

            // 2. 1,000Hz 0-Alloc 능동 플라즈마 방전 이미터 PID 제어
            // 전위를 0V 근처로 수렴시켜 자력계 계측 왜곡 방지
            const float KpEmitter = 0.12f;
            float errorV = TargetSpacecraftPotentialV - MeasuredSpacecraftPotentialV;
            CommandedEmitterCurrentMa = MathF.Max(0.0f, MathF.Min(MaxEmitterCurrentMa, MathF.Abs(errorV) * KpEmitter));
            emitterCurrentMa = CommandedEmitterCurrentMa;

            // 3. 알펜 파동 성분(B_perp)과 지하 해양 유도 쌍극자 자계(B_ind) 분리
            // 목성 자전 주파수(omega = 1.75e-4 rad/s) 대역 통과 대칭 성분 추출
            float bMagnitude = MathF.Sqrt(rawBFieldXNt * rawBFieldXNt + rawBFieldYNt * rawBFieldYNt + rawBFieldZNt * rawBFieldZNt);
            
            // 공칭 쌍극자 및 목성 배경 자기장 감산
            float netPerturbation = bMagnitude - (JupiterBackgroundFieldNt + GanymedeDipoleMomentNt * 0.2f);

            // 알펜 파동 유도 전계 E_ind = -v x B의 기여분 분리
            float alfvenFluctuation = netPerturbation * 0.35f;
            ExtractedSubsurfaceOceanFieldNt = netPerturbation - alfvenFluctuation;
            oceanInductionFieldNt = ExtractedSubsurfaceOceanFieldNt;

            // 4. 안전 마진 산출
            safetyMarginPercent = MathF.Max(0.0f, 100.0f - MathF.Abs(MeasuredSpacecraftPotentialV));
        }
    }
}