태양 극궤도 탐사선 솔라 오비터(Solar Orbiter) 코로나 질량 방출(CME) & 1,000Hz 0-Alloc C# 3차원 태양풍 양성자 속도 모멘트 역산 및 탄화칼슘 열차폐 실드 도어 서보 엔진

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

namespace ZeliDesk.Stem.SolarPhysics
{
    /// 

    /// 1,000Hz 솔라 오비터 SWA 양성자 VDF 모멘트 역산 및 CME 열차폐 도어 서보 제어기
    /// GC 무할당 스택 메모리 0-Alloc 구현체
    /// 
    public ref struct SolarOrbiterHeatShieldServo
    {
        // 태양 우주물리 상수
        private const float ProtonMassKg = 1.6726e-27f;
        private const float NominalDistanceAu = 0.28f;          // 근일점 0.28 AU
        private const float MaxSafeProtonFlux = 5.0e8f;         // 안전 임계 플럭스 (#/cm^2/s)
        private const float DoorClosingSpeedDegPerSec = 90.0f; // 도어 최대 회전 속도

        // 서보 제어 상태
        public float ProtonDensityPerCm3;
        public float BulkSpeedKmS;
        public float DynamicPressureNPa;
        public float HeatShieldFrontTempC;
        public float DoorOpeningAngleDeg;                      // 0도 (완전 폐쇄) ~ 90도 (완전 개방)
        public bool IsCmeShockDetected;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void Initialize()
        {
            ProtonDensityPerCm3 = 65.0f;
            BulkSpeedKmS = 380.0f;
            DynamicPressureNPa = 1.5f;
            HeatShieldFrontTempC = 480.0f;
            DoorOpeningAngleDeg = 90.0f; // 평상시 과학 관측을 위해 완전 개방
            IsCmeShockDetected = false;
        }

        /// 

        /// 1ms 제어 주기: SWA/PAS 에너지 스펙트럼 및 열전대 신호로부터 CME 충격파 감지 및 열차폐 도어 긴급 차단
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void StepSolarShieldControl(
            ReadOnlySpan energyStepCounts, 
            float frontThermocoupleC, 
            float sepRadiationFlux,
            out float commandedDoorAngleDeg, 
            out float currentDynamicPressureNPa, 
            out bool isEmergencyShieldClosed)
        {
            HeatShieldFrontTempC = frontThermocoupleC;

            // 1. 에너지/전하 채널 스펙트럼 모멘트 적분 (Zero-Alloc 스택 연산)
            // 0.2 keV ~ 20 keV 구간 32단계 스펙트럼
            float totalCounts = 0.0f;
            float weightedSpeedSum = 0.0f;
            int steps = energyStepCounts.Length;

            for (int i = 0; i < steps; i++)
            {
                float counts = energyStepCounts[i];
                totalCounts += counts;
                // 각 스텝 대표 속도: v = sqrt(2 * E / m_p)
                float speedKmS = 200.0f + i * 35.0f;
                weightedSpeedSum += counts * speedKmS;
            }

            // 벌크 속도 및 수밀도 역산
            if (totalCounts > 0.0f)
            {
                BulkSpeedKmS = weightedSpeedSum / totalCounts;
                ProtonDensityPerCm3 = totalCounts * 0.12f;
            }

            // 2. 동압(Dynamic Pressure) 계산: P_dyn = rho * v^2 = n_p * m_p * v^2
            float densityKgM3 = (ProtonDensityPerCm3 * 1e6f) * ProtonMassKg;
            float velocityMps = BulkSpeedKmS * 1000.0f;
            DynamicPressureNPa = (densityKgM3 * velocityMps * velocityMps) * 1e9f; // nPa 단위

            // 3. CME 충격파 급격 도달 판별 (속도 > 750 km/s 또는 동압 > 15 nPa 또는 고에너지 플럭스 급증)
            IsCmeShockDetected = BulkSpeedKmS > 750.0f || DynamicPressureNPa > 15.0f || sepRadiationFlux > MaxSafeProtonFlux;

            // 4. 1,000Hz 열차폐 실드 도어 스테퍼 모터 제어기
            if (IsCmeShockDetected || HeatShieldFrontTempC > 520.0f)
            {
                // 긴급 방호: 도어 즉각 0도로 급속 회전 폐쇄 (1ms당 0.09도)
                DoorOpeningAngleDeg = MathF.Max(0.0f, DoorOpeningAngleDeg - 0.10f);
            }
            else
            {
                // 정상 관측 복귀: 점진적 개방
                DoorOpeningAngleDeg = MathF.Min(90.0f, DoorOpeningAngleDeg + 0.02f);
            }

            commandedDoorAngleDeg = DoorOpeningAngleDeg;
            currentDynamicPressureNPa = DynamicPressureNPa;
            isEmergencyShieldClosed = DoorOpeningAngleDeg < 5.0f;
        }
    }
}