극저온 펄스형 플라스마 로켓(PPT) 방전 회로 & 1,000Hz 0-Alloc C# 로런츠 전자기 가속 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.PulsedPlasma
{
    /// <summary>
    /// PPT 펄스형 플라스마 로켓 서보 상태
    /// 0-Alloc ref struct: GC 압박 완전 배제 (1,000Hz 실시간 루프)
    /// </summary>
    public ref struct PptThrusterState
    {
        public float CapacitorBankVoltageV;  // 커패시터 충전 전압 [V] (1000 ~ 2500 V)
        public float TargetImpulseBitUNs;    // 목표 1회 펄스 임펄스 비트 [uN*s]
        public float PeakDischargeCurrentA;  // 로고스키 코일 계측 방전 피크 전류 [A]
        public float EstimatedImpulseBitUNs; // 전자기 가속 적분 임펄스 비트 [uN*s]
        public float PulseRepetitionRateHz;  // 현재 펄스 점화 반복 주파수 [Hz] (1 ~ 50 Hz)
        public float AverageThrustMicroN;    // 연속 시간 등가 평균 추력 [uN]
        public bool IsDischargeSuccessful;   // 아크 점화 성공 여부
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 무할당 PPT 로런츠 전자기 가속 서보 엔진
    /// </summary>
    public static class PptDischargeServoEngine
    {
        // 물리 및 회로 상수
        private const float BankCapacitanceFarad = 2.5e-6f; // 2.5 uF
        private const float InductanceGradientLPrime = 0.45e-6f; // L' = 0.45 uH/m
        private const float DischargeDurationSec = 5.0e-6f; // 5 us 방전 시간
        private const float EquivalentResistance = 0.045f;  // 45 mOhm

        /// <summary>
        /// 1,000Hz (1ms) 단일 실행 프레임: 충전 전압 및 점화 전류 계측 기반 임펄스 비트 산출 및 발사 주기 갱신
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void UpdateFrame(
            ref PptThrusterState state,
            float measuredVoltageV,
            float measuredPeakCurrentA,
            float targetThrustMicroN,
            float dtSeconds)
        {
            state.CapacitorBankVoltageV = measuredVoltageV;
            state.PeakDischargeCurrentA = measuredPeakCurrentA;

            // 1) 작용 적분치 (Action Integral: int I^2 dt) 삼각파/감쇠파 근사
            // Integral(I^2 dt) ~ 0.5 * I_peak^2 * tau
            float actionIntegral = 0.5f * measuredPeakCurrentA * measuredPeakCurrentA * DischargeDurationSec;

            // 2) 전자기 임펄스 비트 계산: I_em = 0.5 * L' * Integral(I^2 dt)
            float impulseEmJoules = 0.5f * InductanceGradientLPrime * actionIntegral;
            // 기체 역학 팽창 성분 (~ 25% 추가 기여)
            float impulseTotal = impulseEmJoules * 1.25f; // [N*s]
            state.EstimatedImpulseBitUNs = impulseTotal * 1.0e6f; // uN*s 단위 변환

            // 3) 목표 평균 추력 달성을 위한 펄스 발사 빈도(PRR: 1~50Hz) 서보 계산
            if (state.EstimatedImpulseBitUNs > 1.0f)
            {
                float idealPrr = targetThrustMicroN / state.EstimatedImpulseBitUNs;
                state.PulseRepetitionRateHz = MathF.Min(50.0f, MathF.Max(0.5f, idealPrr));
            }
            else
            {
                state.PulseRepetitionRateHz = 1.0f;
            }

            // 4) 등가 평균 추력 산출
            state.AverageThrustMicroN = state.EstimatedImpulseBitUNs * state.PulseRepetitionRateHz;

            // 5) 방전 건전성 판정
            state.IsDischargeSuccessful = (measuredPeakCurrentA > 500.0f) && (state.EstimatedImpulseBitUNs > 10.0f);
        }
    }
}