In Moon Camp Pioneers hat jedes Team die Aufgabe, ein komplettes Mondlager in 3D mit einer Software ihrer Wahl zu entwerfen. Sie müssen auch erklären, wie sie die lokalen Ressourcen nutzen, die Astronauten vor den Gefahren des Weltraums schützen und die Wohn- und Arbeitseinrichtungen in ihrem Mondlager beschreiben.
DOUKAS-SCHULE Marousi-ATHENS Griechenland 15 2 / 0 Englisch
3D-Konstruktionssoftware: Fusion 360
Unsere Aufgabe ist es, ein Lager in einer Lavaröhre auf dem Mond zu errichten, das dem UN-Mondabkommen entspricht. Der Name des Lagers ist "PETRALONA"Sie ist eine der ältesten vom prähistorischen Menschen genutzten Höhlen in Europa.
Phase 1- VORBEREITUNG. Zunächst würde ein Orbiter (möglicherweise Gateway) den Mond umkreisen und als Basis für mehrwöchige Reisen mit einem Rover unter Druck zur Mondoberfläche dienen, um detaillierte Karten der Oberfläche und des Untergrunds zu erstellen. Eine Robotersonde wird den Eingang, die Wände und den Tunnel der Marius-Hills-Röhre im Hinblick auf die Eignung für menschliche Besiedlung und das Vorhandensein von Eis erkunden und die Logistik entwickeln.
Phase 2 - BASISBESETZUNG. Drei unbemannte Frachtflüge mit der Ariane 6 und ein bemannter Flug mit dem wiederverwendbaren ESA-Raumschiff werden die Lavaröhre vorbereiten und die Primärsysteme einrichten: Aufzug, Druckhabitate, Energie-, Kommunikations- und Lebensversorgungssysteme.
Phase 3- SELBSTVERSTÄNDLICHES CAMP. In-situ-Herstellung und Montage von Habitat- und Infrastrukturkonstruktionen. In-situ-Lebenserhaltung und Energieerzeugung, Regolithabbau, Sauerstoffextraktion, Wasserproduktion, Solarpaneele und andere Kraftwerke, Gewächshaus und Brennstoffproduktion. Eine ferngesteuerte Roboterplantage zur Gewinnung von Eis und flüchtigen Elementen (N, H, C) wird auf dem Aristarchus-Plateau errichtet und über eine 300 km lange Pipeline mit unserem Camp verbunden.
Phase 4- BASISVERLÄNGERUNG. Herstellung und Reparatur an Ort und Stelle. Erforschung des Mondes und Experimente. Erforschung des tiefen Weltraums, Unterstützung von Marsreisen und kommerziellen Aktivitäten.
Errichtung der ersten extraterrestrischen menschlichen Siedlung als erster Schritt zur Ausweitung der Aktivitäten des Menschen im Sonnensystem und insbesondere als Zwischenstation für die Reise zum Mars. Sie wird als Langzeitexperiment dienen, um die dauerhafte Besiedlung eines anderen Planeten mit unfreundlichen Lebensbedingungen fernab der Erde zu untersuchen. Es ist eine wunderbare Gelegenheit, neue Technologien unter realen Bedingungen auszuprobieren, die Logistik eines solchen Versuchs, die medizinischen und psychologischen Probleme der Astronauten. Der Mond bietet ein einzigartiges wissenschaftliches Labor für Experimente in den Bereichen Physik, Chemie, Biologie, Geologie und Soziologie, die auf der Erde nicht durchgeführt werden können, und zwar in Bezug auf die Entstehung von Erde und Mond, unseren Schutz vor Bedrohungen aus dem Weltraum und für fortgeschrittene Weltraumbeobachtungen mit neuen Teleskopen. Außerdem werden die Gewinnung wertvoller Ressourcen auf dem Mond (einschließlich seltener Erdmetalle, neuer Mineralien und Helium-3), die Herstellung marktfähiger Weltraumprodukte und der Tourismus die Technologie voranbringen, das Wirtschaftswachstum fördern und lohnende Arbeitsplätze schaffen.
In einer Höhlenröhre in der Region Marius Hills mit einem Oberlicht (58 × 49 m und 40 m tief) und einer Dachstärke von 20-25 m, bei den Koordinaten 14,2°N, 303,3°E. Ein solches Habitat wäre vollständig vor Strahlung, extremen Temperaturschwankungen, Meteoritenbeschuss, statischer Elektrizität und Regolithstaub geschützt. Durch die Vermeidung der extrem niedrigen Temperaturen an den Polen könnten fast 30% der benötigten Energie eingespart werden. So können Gewicht, Komplexität, spezielle Protokolle und Abschirmung im Vergleich zu Oberflächenhabitaten erheblich reduziert werden, wodurch die Ziele und die Dauer der wissenschaftlichen Missionen ausgeweitet werden, eine größere Anzahl von Besatzungsmitgliedern (die unter Routinebedingungen und verbesserter Psychologie arbeiten) und mehr Nutzlastmasse für wissenschaftliche Zwecke gelandet werden kann. Der Äquator ist der einfachste Landeplatz und steht in ständiger Verbindung mit der Erde, obwohl die Mondnächte eine Herausforderung für die Energieversorgung darstellen. Der reife Boden des nahe gelegenen Marias ist reich an Metallen. Wasser (>500-700 ppm), N-, H- und C-Ressourcen in Form pyroklastischer Ablagerungen sind auf dem Aristarchus-Plateau von Bedeutung. Jüngste Daten zeigen, dass in den Glasperlen der Einschläge viel Wasser gespeichert ist.
Während der Vorbereitung wird terrestrisches Material mitgeführt, darunter selbstverlegbare Unterkünfte, Sauerstoff- und Wasserproduktions-/Recyclingeinheiten, Nahrung für einen Monat, Solarzellen und geladene Batterien für die Nacht, Luftschleusenmodule, Aluminium, Kohlenstofffasern, ein Bergbaukran, zwei Roboterrover, Antennen, ein 3D-Drucker, Raumanzüge, kleine Mengen an Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff.
Nach der Nivellierung des Tunnelbodens wird das ausgewählte Segment von der Oberfläche abgeschirmt, indem das Oberlicht dicht verschlossen und das darunter liegende Lumen auf beiden Seiten mit luftdichten Wänden blockiert wird. Die auf dem Dach geöffneten Fenster werden mit transparenter Keramik aus Aluminiumoxynitrid abgeschirmt, um eine natürliche Beleuchtung zu gewährleisten, sowie mit Lampen, die sichtbares und infrarotes Licht sowie UV-A- und UV-B-Licht aussenden, um das Sonnenlicht besser zu imitieren. Es wird ein Druckbereich geschaffen, der mit atembarer Luft von 1 atm gefüllt ist.
Permanente Lebensräume werden mit Regolithabdrücken und 3D-Druck aus Mondboden gebaut. Lager Petralona besteht aus einem zentralen Turm, der einen Aufzug für schwere Lasten und einen für das Personal enthält, der vom Tunnelboden ausgeht und sich durch das abgeschirmte Oberlicht zur Mondoberfläche in eine Kuppelstruktur ausdehnt, die durch eine 2 Meter dicke Regolithabdeckung vor Strahlung geschützt ist und Keramikfenster hat. Sie ist der Hauptzugang für die Besatzung und die Fahrzeuge durch ein Luftschleusenmodul. Auch Rover können dort luftdicht andocken. Auf der Oberfläche befinden sich auch die Startrampe, Solarplatten und eine Schutzhülle mit einer Rakete für den Notausstieg.
Die Lebensräume, die nach einem einfachen und kostengünstigen orthogonalen Konzept gebaut werden, bestehen aus langlebigen, leichten Materialien und sind untereinander und mit der Basis des Turms parallel zum Boden durch Luftschleusenmodule verbunden. Dazu gehören ein gemeinsamer Freizeit- und Aktivitätsbereich, private Räume für jede Person (da das Bedürfnis nach persönlichem Freiraum von größter Bedeutung ist), ein Kontroll- und Kommunikationszentrum, Laboratorien, medizinische Einrichtungen, ein Gewächshaus, Gebäude für Recyclingsysteme, Regolith-Verarbeitung, Elektrolyseur, Energiespeicher, Wartungswerkstatt und Lager.
Eine Rampe von der Oberfläche zur Tunnelsohle wird ein alternativer Zugang sein. Im Tunnel befinden sich außerhalb der Mauern die Brennstofftanks, das Kernkraftwerk und die Paläogolithminen.
Auf der Mondoberfläche werden Staub, Sonnenwind und statische Elektrizität von Hunderten von Volt wie in den Polkratern zusammen mit den extremen Wechseltemperaturen zwischen 127 C und minus 173 C die Gesundheit der Besatzung, der elektronischen Geräte, der Solarpaneele und anderer Maschinen beeinträchtigen. Die Errichtung einer Mondbasis in einer Lavaröhre bringt erhebliche betriebliche, technologische und wirtschaftliche Vorteile mit sich. Unser Lager wird luftdicht von der Oberflächenumgebung abgeschirmt sein, um im Inneren bewohnbare Bedingungen mit konstant milden Temperaturen um 17 Celsius zu bieten, verglichen mit den stark schwankenden Tag-/Nachttemperaturen auf der Mondoberfläche. Darüber hinaus wird der gesamte interne Außenposten mit atembarer Luft gefüllt sein, die unter einem Druck von 1 atm steht und über eine Pipeline mit einer wasser- und flüchtigen Region verbunden ist. Das Dach der ausgewählten Lavaröhre ist fast 25 m hoch und bietet somit absoluten Schutz vor Mikrometeoroiden, Meteoriten und kosmischer Strahlung, da der herkömmliche Strahlenschutz nur teilweise wirksam ist. Sie ist auch sicher gegen Mondbeben und hat robuste Eigenschaften. Der große Raum erlaubt eine schrittweise Erweiterung der Basis durch den Anschluss zusätzlicher Habitate über Luftschleusenmodule, und im Falle einer Beschädigung könnte ein Teil einfach durch Schließen der gemeinsamen Luken vom Rest isoliert werden. Die erdnahe Lage auf der Äquatorebene ermöglicht zudem eine ungehinderte Kommunikation mit der Erde und schützt die Besatzung vor Notfällen, insbesondere vor medizinischen Notfällen, die einen sofortigen chirurgischen Eingriff durch Roboter erfordern, der von einem spezialisierten Team auf der Erde ferngesteuert wird. Aufgrund der geschützten Umgebung und der maximalen thermischen Isolierung ist der Energiebedarf geringer, die Produktion von Nahrungsmitteln wird einfacher, experimentelle Landwirtschaft und Regolith-Kultivierung sind möglich, und der Bedarf an Wasser, Luft und Strom ist geringer und wirtschaftlicher. Das Arbeiten in bequemen, gesunden, großen Lebensräumen, ohne schwere Raumanzüge, bringt den Alltag näher an den auf der Erde und verbessert ihre Psyche und Sicherheit.
WASSER
Zusammenfügen von Wasserstoff (aus dem Mondregolith, der durch den Sonnenwind ständig mit 40-50ppm angereichert wird oder nach jeder Landung aus den Treibstoffzellen des Landers gereinigt wird) und Sauerstoff
Aus dem Sonnenwind stammendes Wasser, das in Schlagglasperlen überall auf der Mondoberfläche gespeichert ist (7 × 1014 kg).
Pyroklastische Ablagerungen von Wasser, das aus dem nahe gelegenen Aristarchus-Plateau gewonnen wurde (>500-700ppm)
Mit Erde vermischtes Eis in dauerhaft beschatteten Regionen oder im Paläoregolith der Lavaröhre
Nach der Kombination von Wasserstoff mit dem von der Besatzung ausgeatmeten CO2 oder mit dem aus Kühlfallen auf dem Mond gewonnenen CO2 (4H2 + CO2 → 2H2O + CH4, Sabatier-Reaktion)
Durch ein strenges Recyclingsystem
AIR
Produktionsanlagen für atembare Luft (20% O2 und 80% Stickstoff) erzeugen Sauerstoff
aus Wasser durch Elektrolyse
von Pflanzen im Gewächshaus durch Photosynthese
aus Mondregolith (als Oxide 40-45% Sauerstoff nach Masse) durch Reduktion von Regolith mit Pyrolyse (2FeTiO3+2H2 →2Fe+2TiO2+2H2+O2) oder durch einen elektrolytischen Prozess mit geschmolzenem Salz.
Stickstoff kann nach dem Erhitzen zusammen mit H2 und CO aus dem Mare-Basalt extrahiert und über Recyclingsysteme zurückgewonnen werden.
ERNÄHRUNG
Schnell wachsende Pflanzen wie Grünkohl, Süßkartoffeln, Weizen, Salate, Gurken, Tomaten, Sojabohnen, Quinoa, Radieschen, Kresse, Pilze und Kartoffeln könnten in dem mit LEDs beleuchteten Gewächshaus hydroponisch angebaut werden.
Eine Aquakultur mit Arten mit bescheidenem O2-Bedarf, geringem CO2-Ausstoß, kurzer Schlupfzeit und minimalem Energiebedarf (5 bis 20 Mal niedriger als der von Säugetieren) wie Wolfsbarsch und Magerkeit, deren Eier aus der Erde geschickt werden. Muscheln und Garnelen sind jedoch in Bezug auf den Platzbedarf und die Kalorienaufnahme pro Masse die bessere Lösung.
Geflügelzucht-Eier
Fleischproduktion mittels gentechnischer In-vitro-Zellkulturen
POWER
Ein 40KW-Kernspaltungssystem
Solarenergie. Der langen Nacht kann man begegnen, indem man Photovoltaik-Anlagen an verstreuten Standorten baut, so dass mindestens eine davon immer im Tageslicht liegt, oder ein Kraftwerk, in dem konstantes oder nahezu konstantes Sonnenlicht herrscht. Laser werden Energie von sonnenbeschienenen Gebieten in schattige Regionen leiten. Oder die Speicherung von Energie während der 15 Tage mit Sonnenlicht.
Solarbetriebene Elektrolyseure spalten Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff auf, um daraus ein Treibmittel zu machen oder es in regenerativen Brennstoffzellen als gespeicherte Energie zu rekombinieren.
Methan aus der Sabatier-Reaktion und aus der Pyrolyse von Plastikmüll und Besatzungsabfällen mit In-situ-Sauerstoff.
Nicht wiederverwendbare Gegenstände werden aus photochemisch abbaubaren Materialien hergestellt, nachdem sie der UV-Strahlung der Sonne ausgesetzt wurden, während kleine Abfallstücke in einem Verbrennungsofen unter Verwendung von Sauerstoff verarbeitet werden, wodurch das Abfallvolumen drastisch reduziert wird. Alle Überreste können in einem Krater in der Nähe der Basis oder in einer Lavaröhre mit versiegeltem Eingang vergraben und als Mülldeponie verwendet werden.
Die verpackten Abfälle können vom Mond weggesprengt werden, z. B. in Richtung Sonne (insbesondere bei giftigen oder radioaktiven Abfällen) oder in die Erdatmosphäre für einen geplanten zerstörerischen Wiedereintritt über einem unbewohnten Gebiet.
Bei der bioregenerativen Lebenserhaltung verarbeiten Pflanzen und Bakterien alle ungenießbaren Lebensmittelabfälle, menschliche Exkremente und andere biologische Abfälle zu einer Art Dünger. Hygienewasser, unempfindlicher Schweiß, mit Fäkalien und Urin vermischte Toilettenspülungen werden durch Ultrafiltration zu Wasser für das Gießen im Gewächshaus recycelt. Aus der Kabine ausgeatmetes Kohlendioxid wird in Verbindung mit Wasserstoff zu Wasser und Methan umgewandelt (Sabatier-Reaktion).
Auf dem Mond benötigen Funkwellenantennen immer direkten Sichtkontakt. Satelliten in der Mondumlaufbahn erleichtern dies, und sie arbeiten auch für das GPS-Navigationssystem zusammen. Fortgeschrittene Systeme, die Klystrons auf der äquatornahen Seite verwenden, werden in ständiger Kommunikation mit dem System der Bodenstationen auf der Erde stehen, einschließlich der Deep Space Antennas. Lang-
Die Fernkommunikation mit den Rovern oder anderen Camps erfolgt ebenfalls über die Satelliten, während die Kurzstreckenkommunikation über kleine Dipolantennen erfolgt, die nur bis zu zehn Kilometer weit senden können. Die basisinterne Kommunikation kann über Ethernetkabel erfolgen.
Die LTE/4G- oder 5G-Technologie wird für die Kommunikation auf der Mondoberfläche getestet, da die Mondlandschaft im Allgemeinen ein offenes Terrain ist und sich elektromagnetische Wellen auch ohne Atmosphäre ausbreiten.
Die laserbasierte optische Kommunikation zwischen Erde und Mond oder zwischen Satelliten wird mit Hilfe optischer Teleskope als Strahlaufweitung erfolgen und die Übertragung von mehr Daten in kürzerer Zeit ermöglichen, z. B. 4K-Videoübertragungen oder zeitkritische Roboteroperationen, die von der Erde aus ferngesteuert werden.
THEMEN:
Astronomie, Weltraumwissenschaften, Biologie, Biotechnologie, Seismologie, Vulkanologie, Ingenieurwesen, Robotik, Informatik, Soziologie
EXPERIMENTE:
Teleskope, die mit fortschrittlichen, hochkomplexen Prognosealgorithmen zur frühzeitigen Erkennung von Asteroidenkollisionen mit der Erde ausgestattet sind.
Radioteleskop, das die Rückseite als stabile Plattform nutzt, um die Strahlung des frühen Universums zu untersuchen, geschützt vor irdischen Funkemissionen und anderen atmosphärischen Störungen (z. B. Wolken, Mondlicht, Feuchtigkeit).
Niedertemperatur-Flüssigspiegel-Teleskope an beiden Polen, die das Universum frei von thermischem Hintergrund im Infrarotbereich beobachten, um Ursprung, Entwicklung und Eigenschaften des Universums zu untersuchen.
Astroteilchenphysik (z. B. Hochenergie-Netrinos, Antiteilchen usw.)
Mondlaser-Entfernungsmessung zur Überprüfung der allgemeinen Relativitätstheorie und zur Suche nach der Natur der dunklen Materie.
Entnahme von Proben aus den alten Kratern des Mondes zur Untersuchung der Entstehung des Systems Mond-Erde
Nutzung von Solar- und Windenergie zur Energieerzeugung
Nutzung von Abscheidern statischer Elektrizität in den Polkratern als Energiespeicher
Ferngesteuerte Roboterchirurgie unter Mikrogravitation für Notfallsituationen, mit sofortiger Reaktion des medizinischen Zentrums auf der Erde und Übertragung von Big Data
Ultraleichte Materialien für Raumfahrtanwendungen
Materialverhalten und Mechanismen in extremen Umgebungen, bei geringer Schwerkraft und in Umgebungen mit hohem elektrostatischem Staub
Fortgeschrittene Robotik für die Erkennung extremer Umgebungen, Mobilität, Manipulation und automatische und autonome Erkennung, Kalibrierung und Reparatur.
Fertigung im Weltraum und autonome Montage von Strukturen und Raumfahrzeugen
Elektrostatisches Schweben mit Ionenquellen in flüssiger Form
Entwicklung von Multimegawatt-Ionentriebwerken und Antimaterie-Antrieb für den Mars
Herstellung von Fleisch im Labor mit Hilfe von vitro-Zellkulturen, die aus tierischen Proteinen gewonnen werden.
Seismologie, Vulkanologie der Lavaröhren
Widerstandsfähige und selbstheilende Materialien
Regolith-Verfahren zur Gewinnung von Sauerstoff, Wasser und anderen Elementen
Biosignaturen von außerirdischem Leben, insbesondere in Lavaröhren
Versuchsplanung zur Erzeugung von Daten, die KI/ML-fähig sind, um Unsicherheiten gegen irreführende Korrelationen zu quantifizieren, als Lösungshilfe für interplanetarische Reisen und neue Entdeckungsräume.
Wie die Mikrogravitation das Gewebewachstum und die Wundheilung beeinflusst
Synthetisches Blut und Hautproduktion
Erprobung von Techniken mit hoher Abschirmung zur Beseitigung von Wärme- oder Luftverlusten und flüchtigen Verlusten beim Aushub
Alle für das Moon camp ausgewählten Besatzungsmitglieder, Haupt- und Ersatzcrews, werden gemeinsam trainieren, denn sie müssen sich sowohl gegenseitig kennenlernen als auch lernen, effizient und entsprechend der ihnen zugewiesenen Rollen und Verantwortlichkeiten zusammenzuarbeiten. Alle neuen Astronautenanwärter, die unterschiedliche berufliche Hintergründe und Fachkenntnisse haben, müssen eine gemeinsame Mindestwissensbasis erreichen. Sie müssen Medizin, Sprachen, Robotik und Pilotentätigkeit, Raumfahrt und Raumfahrtsystemtechnik, die Organisation von Raumfahrtsystemen, Landwirtschaft und fortgeschrittene Computerwissenschaften erlernen.
Sie werden in einer Umgebung ohne Schwerkraft trainiert, während sie ihren Raumanzug tragen, um für den Mondspaziergang gerüstet zu sein.
Sie werden sich mit technischen Disziplinen wie Elektrotechnik, Aerodynamik, Antriebstechnik, Bahnmechanik, Werkstoffen und Strukturen befassen und darüber hinaus in wissenschaftliche Disziplinen wie Forschung unter Mikrogravitation (in der Humanphysiologie, der Biologie und den Materialwissenschaften), Erdbeobachtung, Astronomie sowie Weltraumrecht und zwischenstaatliche Abkommen über die weltweite Zusammenarbeit im Weltraum eingeführt.
Sie sollten angeleitet werden, in der extremen Umgebung des Mondes zu leben, zu arbeiten und wissenschaftliche Experimente durchzuführen, indem sie einen detaillierten Überblick über alle Lagersysteme (z. B. Habitatstruktur und -design, Ausgrabungsstätten, Lenkung, Navigation und Kontrolle, thermische Kontrolle, Stromerzeugung und -verteilung, Kommando und Verfolgung, Lebenserhaltungssysteme, allgemeine Roboteroperationen, Rendezvous und Andocken, Systeme für Aktivitäten außerhalb des Raumschiffs, Nutzlastsysteme) sowie über die wichtigsten Systeme der Raumfahrzeuge und Rover, die das Lager bedienen, in der Praxis und der erweiterten virtuellen Realität erhalten. Astronauten, die sich auf die Erkundung von Lavaröhren vorbereiten, müssten in der Durchquerung vertikal entwickelter Umgebungen und der Erkundung von Höhlen mit unebenem Gelände, scharfen Felsen und Steinschlag geschult werden, während das Gehen auf dem Mond von Staubaufwirbelung und Elektrifizierung begleitet wird.
Die Ausbildung umfasst auch die Schulung im Umgang mit außergewöhnlichen Situationen, Fehleranalysen und Wiederherstellungs-/Reparaturmaßnahmen. Diese Aufgaben sind ohne die Anwesenheit von Robotern nicht völlig unabhängig. Dies eröffnet einen neuen Weg zur Mensch-Roboter-Interaktion.
REISEN ZUR UND VON DER ERDE
Wiederverwendbares Landegerät zur vertikalen Landung für die Besatzung und zum Andocken an die ISS
Unbemannte Frachtrakete
Recycelbare Landefähre
Bereitschaftsrakete für Notfallevakuierung.
Erde-Mond-Transport ohne Rakete mit einem aus Kohlenstoff-Nanoröhren hergestellten Kabel
FAHRZEUGE AUF DEM MOND
Druckbeaufschlagte Rover, die an der Basis oder an einem anderen Rover andocken.
Geländetaugliche Traktoren mit vorn anbaubarem Planierschild, die entweder einen Wassertank oder eine Lade- oder Entsorgungsbox tragen und über einen Roboterarm mit Bagger/Schaufel verfügen.
Ferngesteuerter Kran für schweres Heben,
Ferngesteuertes Bohr- und Regolith-Baggerfahrzeug.
Gleise mit Magnetschwebetechnik
Unter Druck stehende Seilbahnen, die an der Basis andocken können.
MONDEXPLORATION
Multi-Mission Exploration Vehicle mit autonomen Lebenserhaltungssystemen für 4-8 Astronauten und einer Reichweite von 200 km, unabhängiger Telekommunikation mit der Erde, einer Drohne an Bord, Sauerstoff- und Wasserrecycling-Fähigkeiten, die die Lebenserhaltung auf bis zu 14 Tage verlängern, einer Solaranlage und RFC. Kann auch als Zufluchtsort genutzt werden, bis Hilfe von der Erde eintrifft.
Teleoperierte DRONEN, mit Wasserstoffperoxid-Antrieb oder CO2-Gasdüsen oder elektrostatischem Schweben mit Ionentriebwerk
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