마그네토플라즈마동역학(MPD) 로렌츠 자정 가속 & 1,000Hz 0-Alloc C# 메가와트급 심우주 플라즈마 추력기 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Aerospace.Plasma
{
    /// 

    /// 메가와트급 MPD 플라즈마 추력기 로렌츠 전자기 추력 및 질량유량 서보 엔진 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct MpdThrusterServoEngine
    {
        public const double Mu0 = 1.2566370614e-6; // H/m
        
        private readonly double _bFactor;              // 전자기 추력 계수 (N/A^2)
        private readonly double _onsetCriticalRatio;   // J^2 / m_dot 한계치
        private readonly double _anodeRadius;          // m
        private readonly double _cathodeRadius;        // m
        private readonly double _dt;

        private double _currentMassFlowKgPerSec;       // 질량 유량
        private double _estimatedThrustNewtons;        // 순 추력
        private double _effectiveExhaustVelocity;      // m/s
        private bool _isOnsetWarning;                  // 침식 위험 경보

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public MpdThrusterServoEngine(
            double anodeRadius,
            double cathodeRadius,
            double onsetCriticalRatio = 1.8e11,
            double dt = 0.001)
        {
            _anodeRadius = anodeRadius;
            _cathodeRadius = cathodeRadius;
            _onsetCriticalRatio = onsetCriticalRatio;
            _dt = dt;

            // 매커 계수 b = (mu_0 / 4*pi) * [ln(ra/rc) + 0.75]
            _bFactor = (Mu0 / (4.0 * Math.PI)) * (Math.Log(anodeRadius / cathodeRadius) + 0.75);
            
            _currentMassFlowKgPerSec = 1e-4; // 초기 유량 (0.1 g/s)
            _estimatedThrustNewtons = 0.0;
            _effectiveExhaustVelocity = 0.0;
            _isOnsetWarning = false;
        }

        /// 

        /// 방전 전류(A)와 공급 가스 압력을 기반으로 로렌츠 추력을 연산하고 질량 유량을 제어 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateThrusterStep(
            double dischargeCurrentAmperes,
            double targetThrustNewtons,
            out double thrustNewtons,
            out double commandedMassFlowKgPerSec,
            out double exhaustVelocityMps,
            out bool isWarning)
        {
            // 전자기 로렌츠 추력: F_mag = b * J^2
            double fMag = _bFactor * (dischargeCurrentAmperes * dischargeCurrentAmperes);
            _estimatedThrustNewtons = fMag;

            // 온셋 파라미터 점검: xi = J^2 / m_dot
            double currentRatio = (dischargeCurrentAmperes * dischargeCurrentAmperes) / Math.Max(_currentMassFlowKgPerSec, 1e-8);
            _isOnsetWarning = currentRatio >= _onsetCriticalRatio;

            // 아노드 침식 방지를 위한 최소 질량 유량 보장 피드백
            double requiredMinMassFlow = (dischargeCurrentAmperes * dischargeCurrentAmperes) / (_onsetCriticalRatio * 0.85);
            
            // 목표 추력 및 비추력 최적화를 위한 질량유량 갱신
            double targetMassFlow = targetThrustNewtons > 0.0 
                ? (fMag / 35000.0) // 목표 배출속도 35 km/s 기준
                : requiredMinMassFlow;

            if (targetMassFlow < requiredMinMassFlow)
            {
                targetMassFlow = requiredMinMassFlow;
            }

            // 1차 지연 필터링
            _currentMassFlowKgPerSec += 0.2 * (targetMassFlow - _currentMassFlowKgPerSec);
            _effectiveExhaustVelocity = _estimatedThrustNewtons / Math.Max(_currentMassFlowKgPerSec, 1e-8);

            thrustNewtons = _estimatedThrustNewtons;
            commandedMassFlowKgPerSec = _currentMassFlowKgPerSec;
            exhaustVelocityMps = _effectiveExhaustVelocity;
            isWarning = _isOnsetWarning;
        }

        public double EstimatedThrustNewtons => _estimatedThrustNewtons;
        public double EffectiveExhaustVelocity => _effectiveExhaustVelocity;
    }
}