태양풍 자기 재결합(Magnetic Reconnection) 스위트-파커 메커니즘 & 1,000Hz 0-Alloc C# 지자기 폭풍 유도 전류 방어 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.SpacePhysics.Magnetosphere
{
    /// 

    /// 태양풍 자기 재결합 및 지자기 유도 전류(GIC) 전력망 방어 엔진 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct SolarWindReconnectionEngine
    {
        public const double Mu0 = 1.2566370614e-6; // H/m
        
        private readonly double _gridResistanceOhm;     // 송전선로 루프 저항
        private readonly double _substationDistanceKm;  // 변전소 간 거리 (km)
        private readonly double _groundConductivity;    // 지각 도전율 (S/m)
        private readonly double _criticalGicCurrentA;   // 변압기 포화 한계 전류 (A)

        private double _reconnectionRateVin;            // 재결합 유입 속도 (km/s)
        private double _estimatedGicCurrentAmperes;     // 유도 전류 (A)
        private bool _isGridProtectionTriggered;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SolarWindReconnectionEngine(
            double gridResistanceOhm = 0.25,
            double substationDistanceKm = 100.0,
            double groundConductivity = 1e-3,
            double criticalGicCurrentA = 50.0)
        {
            _gridResistanceOhm = gridResistanceOhm;
            _substationDistanceKm = substationDistanceKm;
            _groundConductivity = groundConductivity;
            _criticalGicCurrentA = criticalGicCurrentA;
            _reconnectionRateVin = 0.0;
            _estimatedGicCurrentAmperes = 0.0;
            _isGridProtectionTriggered = false;
        }

        /// 

        /// 위성 관측 IMF Bz(nT) 및 태양풍 밀도, 유속으로부터 재결합율 및 변전소 GIC를 추정 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateReconnectionStep(
            double imfBzNanoTesla,
            double solarWindVelocityKmS,
            double protonDensityCm3,
            out double gicAmperes,
            out double reconnectionMachNumber,
            out bool isTripAlert)
        {
            // 남향 자기장(Bz < 0)일 때 강력한 주간 자기권 재결합 발생
            double southwardB = Math.Max(0.0, -imfBzNanoTesla) * 1e-9; // Tesla
            double plasmaDensityKgM3 = protonDensityCm3 * 1e6 * 1.6726e-27;
            
            // 알펜 속도: v_A = B / sqrt(mu_0 * rho)
            double vAlfvenMps = southwardB / Math.Max(Math.Sqrt(Mu0 * plasmaDensityKgM3), 1e-12);
            
            // 스위트-파커 재결합 마하수 (S ~ 1e8 가정 시 M_rec ~ 1e-4, 펫첵 패스트 재결합 시 ~0.05)
            double mRec = (southwardB > 1e-8) ? 0.08 : 0.01;
            _reconnectionRateVin = (mRec * vAlfvenMps) / 1000.0; // km/s
            reconnectionMachNumber = mRec;

            // 시변 지자기 변화율 dB/dt 근사 (nT/s)
            double dbDt = (southwardB * 1e9) * (solarWindVelocityKmS / 1000.0) * 0.1;

            // 지표 전기장 E_x = C * (dB/dt) / sqrt(sigma)
            double eFieldVPerKm = 0.001 * dbDt / Math.Sqrt(Math.Max(_groundConductivity, 1e-5));

            // 기전력 V = E * Distance, 유도 전류 I_GIC = V / R
            double inducedVoltageV = eFieldVPerKm * _substationDistanceKm;
            _estimatedGicCurrentAmperes = inducedVoltageV / Math.Max(_gridResistanceOhm, 0.01);

            // 보호 트립 점검
            _isGridProtectionTriggered = _estimatedGicCurrentAmperes >= _criticalGicCurrentA;

            gicAmperes = _estimatedGicCurrentAmperes;
            isTripAlert = _isGridProtectionTriggered;
        }

        public double EstimatedGicCurrentAmperes => _estimatedGicCurrentAmperes;
        public double ReconnectionRateVin => _reconnectionRateVin;
    }
}