國際太空站

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國際太空站
國際太空站的相片
2021年SpaceX載人2號任務中拍攝的國際太空站
國際太空站臂章
太空站資訊
COSPAR ID1998-067A
SATCAT no.25544在維基數據編輯
呼號AlphaStation
成員數量滿員:7
目前:7
(聯盟MS-24載人8號)
遠征70
指令長安德烈亞斯·莫根森英語Andreas Mogensen,(歐洲太空總署)
發射日期1998年11月20日,​25年前​(1998-11-20
發射台
質量419,725公斤(925,335磅)
長度73公尺(239.4英尺)
寬度109.0公尺(357.5英尺)
加壓體積915.6 立方公尺(32,333立方英尺)
大氣壓力101.3千帕 氧氣 21% 氮氣 79%
遠地點421公里平均海拔
近地點417公里平均海拔
軌道傾角51.6度
平均速度7660公尺/秒
(27,600公里/小時)
軌道週期92.68分鐘
在軌天數9260
(3月28日)
有人天數8549
(3月28日)
軌道數目145350
(3月28日)
軌道衰減2公里/月
資料日期: 2010年5月23日
(除非另外注釋)
參考資料: [1][2][3]
組態圖
國際太空站的裝配圖。
國際太空站裝配狀況
(至2022年12月)
  最初創始國
  美國太空總署簽約國

國際太空站(法語:Station spatiale internationale縮寫SSI;英語:International Space Station縮寫ISS;俄語:Междунаро́дная косми́ческая ста́нция,縮寫為МКС),是一個在近地軌道上運行的科研設施,是人類目前在軌的兩個太空站之一,亦是人類歷史上第九個載人太空站。國際太空站分為兩個部分:俄羅斯軌道段(ROS)由俄羅斯營運,而美國軌道段(USOS)由美國和其他國家營運。太空站的主要功能是作為在微重力環境下的研究實驗室,研究領域包括生物學物理學天文學地理學氣象學等,目前由五個國家或地區合作運轉,包括美國國家航空暨太空總署俄羅斯航太國家集團日本宇宙航空研究開發機構加拿大太空總署歐洲太空總署(成員國英國[4]愛爾蘭葡萄牙奧地利芬蘭沒有參加國際太空站計畫,希臘盧森堡則是在計畫開始之後加入歐洲太空總署[5])。中華人民共和國曾表達參與國際太空站建設的意向,但由於美國出於政治因素的反對,中國最終被排除在外[6][7][8][9]

截止2022年4月,已有來自20國的太空人太空遊客登上國際太空站,但均為美國俄羅斯主導的太空計畫。從1998年11月15日國際太空站第一個部份曙光號功能貨艙發射升空。到2010年6月,太空站已經在軌道上環繞地球運轉了66000圈[10]。俄羅斯質子號聯盟號火箭以及美國太空梭發射了國際太空站的主要模組。負責太空站與地面之間運輸的太空飛行器有俄羅斯聯盟號進步號以及美國的龍飛船2號天鵝號宇宙飛船等。國際太空站最多可承載七名乘員(長時間),大部分實驗設施也已經投入使用。由於大氣阻力和重新啟動等因素的影響,國際太空站的軌道實際高度常發生漂移。

2022年1月,美國太空總署宣佈計劃於2031年1月令國際空間站退役使其脫離軌道,並將任何殘餘物引導到南太平洋的一個偏遠地區。[11]

2022年7月26日,俄羅斯方面表示將在2024年之後退出國際太空站。[12]

命名[編輯]

國際太空站最初提議的名字是「阿爾法(Alpha)太空站」,但是遭到俄羅斯的反對,理由是此名字暗示國際太空站是人類歷史上第一個太空站,而蘇聯及後來的俄羅斯先後成功地執行過8個太空站。雖然國際太空站的命名沒有採用最初提出的阿爾法太空站,但是太空站的無線電呼號卻是「阿爾法」,這個呼號是太空站第一批乘員登站時確定的,當時國際太空站的名字仍然未定,時任美國太空總署主席的丹尼爾·戈登英語Daniel Goldin將太空站的臨時呼號定為阿爾法,此呼號後來沿用下來,成為太空站的正式電台呼號。

歷史[編輯]

國際太空站計劃的前身是美國太空總署的自由號太空站,這個計劃是1980年代美國戰略防禦計劃計劃的一個組成部分。在1987年12月1日美國太空總署宣佈波音公司奇異公司麥道飛機公司和洛迪恩推進動力公司獲得了參與建造自由太空站的訂單。老布希執政期間,星球大戰計劃被擱置,自由太空站也隨之陷入停頓,1993年時任美國總統柯林頓正式結束了自由太空站計劃。冷戰結束後在美國副總統戈爾的推動下,自由太空站重獲新生,美國太空總署開始與俄羅斯聯邦太空局接觸,商談合作建立太空站的構想。

1998年11月15日國際太空站的第一個組件曙光號功能貨艙進入預定軌道,同年12月,由美國製造的團結號節點艙升空並與曙光號連接,2000年7月星辰號服務艙與太空站連接。2000年11月2日首批太空人登上國際太空站。

國際太空站的各個組件大多由美國太空總署的太空梭進行運輸,由於各個組件大多在地面就已經完成建設任務,太空人在太空只需要進行很少的操作便可以將組件連接上太空站主體。國際太空站完全完成之後,根據其設計共可以提供7名太空人同時工作和生活。

國際太空站的預算遠遠超過了美國太空總署最初的預計,其建造時間表也比預定的要晚,其主要原因是2003年發生哥倫比亞號太空梭失事事件之後,美國太空總署停飛了所有的太空梭。在太空梭停飛的兩年半時間裡,太空站的人員和物資運輸完全依賴俄羅斯的聯盟號太空飛行器,太空站上的科學研究活動也儘可能地被壓縮了。按照預定計劃,太空站的建設將在太空梭重返太空之後在2006年恢復,但是在2005年7月發現號太空梭的STS-114飛行任務完成後,由於太空梭隔熱材料在升空過程中脫落,美國太空總署再次停飛所有太空梭,這使得國際太空站的建設時間表再次拖延。

2006年11月20日,國際太空站上的活動首次在地球上進行了高畫質電視直播,並在紐約的時代廣場大螢幕電視上播放。這是人類首次觀看到來自太空的高畫質電視直播畫面。直播節目的主角是國際太空站第14長期考察組指令長邁克爾·洛佩斯-阿萊格里亞,攝像師是站內的隨航工程師托馬斯·賴特爾。這套直播系統名為太空影片網關,直播的解析度可以達到普通類比電視的6倍。[13]

2007年1月31日,國際太空站第14長期考察組中的兩名美國太空人洛佩斯-阿萊格里亞和蘇尼特·威廉斯成功進行超過7個小時的太空漫步。他們將命運號實驗艙的一個冷卻迴路從臨時系統接入永久系統,完成了一些電路接線工作,使對接的太空梭能接入並使用太空站上新太陽能電池板提供的電力,將一個遮光反射罩和隔熱罩丟棄,然後將一組舊太陽能電池板上的散熱器回收[14]。2月4日美國東部時間上午8時38分,這兩名太空人再度出艙,進行約7個小時的太空漫步。他們將命運號實驗艙的另一個冷卻迴路從臨時系統接入永久系統,對一個廢棄的氨水冷卻裝置進行清理[15]。2月8日,這兩名太空人完成了6小時40分鐘的第三次太空漫步,將太空站外的兩個大型遮罩移除丟棄,並安裝貨物運輸機的幾個附屬裝置[16]。2月22日,國際太空站飛航工程師、俄羅斯太空人米哈伊爾·秋林和洛佩斯-阿萊格里亞進行一次6個多小時的計劃外太空漫步,修復了對接在太空站上的進步M-58飛船的一處未能收攏的天線[17]

第23次任務合照

2007年10月30日[18],美國「發現號」太空梭太空人日前為國際太空站重新裝配太陽能天線電池板時,電池板出現破裂,美國太空總署科學家檢視電池板破損處,瞭解造成原因。

2009年3月,美國太空總署網站開始線上直播國際太空站即時畫面,太空站工作人員睡覺或者下班的時候,全球網際網路使用者可以通過網路欣賞太空站的直播影像[19]

2012年5月31日,全球首艘造訪太空站的商業太空飛行器——美國龍飛船成功返回地球,製造龍飛船的SpaceX與美國太空總署簽署了價值16億美元的合約,向太空站發射12次貨運太空飛行器。

站體漏氣事件[編輯]

2020年9月29日,星辰號艙體出現漏氣[20]。翌月19日,俄羅斯太空人阿納托利·伊萬尼申利用茶包里釋出的些許茶葉,讓其漂浮於星辰號的轉隔艙裡。隨後緊閉中轉隔艙口密封,再以攝影機監控茶葉於微重力下飄浮方向之移動軌跡,終於在靠近星號服務艙通訊裝置附近一處牆上刮痕上找到洩漏點,太空人最後利用卡普頓膠帶(Kapton tape)修補了這個裂縫[21]

建造[編輯]

國際太空站組裝的動畫

按照計畫,建造整個國際太空站共需要超過50次太空飛行和組裝,其中的39次飛行需要由太空梭完成,每次約15噸左右,有大約30次飛行和裝配任務需要進步號飛船上的貨物提供支援。整個建造工作完成後,國際太空站將會有1200立方公尺的內部空間,總重量420公噸,總輸出功率達到110千瓦,桁架長度108.4公尺,艙體長度74公尺,額定乘員6人。

整個太空站由眾多組件構成:

組件 航次 運載者 發射時間 長度
(m)
直徑
(m)
質量
(kg)
曙光號功能貨艙 1 A/R 質子號 1998年11月15日 12.6 4.1 19,323
團結號節點艙(1號節點艙) 2A - STS-88 奮進號 1998年12月4日 5.49 4.57 11,612
星辰號服務艙 1R 質子號 2000年7月12日 13.1 4.15 19,050
國際太空站桁架 - Z1桁架 3A - STS-92 發現號 2000年10月11日 4.9 4.2 8,755
國際太空站桁架 - P6桁架及太陽能電池板 4A - STS-97 奮進號 2000年11月30日 73.2 10.7 15,824
命運號實驗艙 5A - STS-98 亞特蘭蒂斯號 2001年2月7日 8.53 4.27 14,515
外部裝載平臺1 (ESP-1) 5A.1 - STS-102 亞特蘭蒂斯號 2001年3月13日 4.9 3.65 2,676
移動維修系統 - 空間站遙控機械臂(加拿大臂2) 6A - STS-100 奮進號 2001年4月19日 17.6 0.35 4,899
尋求號氣密艙(聯合氣密艙) 7A - STS-104 亞特蘭蒂斯號 2001年7月12日 5.5 4 6,064
科學號多用途實驗艙 3R - 535-45 質子M 2021年7月21日 13 30 20,350
國際太空站桁架 - S0桁架 8A - STS-110 亞特蘭蒂斯號 2002年4月8日 13.4 4.6 13,971
移動維修系統 - 機械臂移動平臺 UF-2 - STS-111 奮進號 2002年6月5日 5.7 2.9 1,450
國際太空站桁架 - S1桁架 9A - STS-112 亞特蘭蒂斯號 2002年10月7日 13.7 4.6 14,124
國際太空站桁架 - P1桁架 11A - STS-113 奮進號 2002年11月23日 13.7 4.6 14,003
外部裝載平臺2 (ESP-2) LF1 - STS-114 發現號 2005年7月26日 4.9 3.65 2,676
國際太空站桁架 - P3、P4桁架及太陽能電池板 12A - STS-115 亞特蘭蒂斯號 2006年9月9日 13.8 4.8 15,824
國際太空站桁架 - P5桁架 12A.1 - STS-116 發現號 2006年12月9日 3.4 4.6 1,864
國際太空站桁架 - S3、S4桁架及太陽能電池板 13A - STS-117 亞特蘭蒂斯號 2007年6月8日 13.7 5.0 16,183
國際太空站桁架 - S5桁架 13A.1 - STS-118 奮進號 2007年8月8日 3.4 4.6 1,864
外部裝載平臺3 (ESP-3) 13A.1 - STS-118 奮進號 2007年8月8日 4.9 3.65 2,676
協和號節點艙(2號節點艙) 10A - STS-120 亞特蘭蒂斯號 2007年10月23日 7.2 4.4 14,288
哥倫布實驗艙 1E - STS-122 亞特蘭蒂斯號 2008年2月7日 6.9 4.5 19,300
希望號日本實驗艙 - 實驗儲藏艙 1J/A - STS-123 奮進號 2008年3月11日 3.9 4.4 4,200
移動維修系統 - 特殊微動作機械手 1J/A - STS-123 奮進號 2008年3月11日 3.67 6.70 1,560
希望號日本實驗艙 1J - STS-124 發現號 2008年5月31日 11.19 4.39 14,800
希望號日本實驗艙 - 日本機械臂 1J - STS-124 發現號 2008年5月31日 10.0 0.35 780
國際太空站桁架 - S6桁架及太陽能電池板 15A - STS-119 發現號 2009年3月15日 13.84 4.97 14,100
希望號日本實驗艙 - 外部實驗平臺 2J/A - STS-127 奮進號 2009年7月15日 5.20 5.00 4,100
迷你研究艙2(探索號迷你研究艙) 5R - 進步-M-MIM2英語Progress M-MRM2 進步號 2009年11月10日 2.25 4.049 3,670
寧靜號節點艙(3號節點艙) 20A - STS-130 奮進號 2010年2月8日 6.706 4.480 19,000
穹頂艙 20A - STS-130 奮進號 2010年2月8日 1.500 2.955 1,880
迷你研究艙1(晨曦號迷你研究艙) ULF4 - STS-132 亞特蘭蒂斯號 2010年5月14日 6.00 2.35 8,015
多用途增壓艙 ULF5 - STS-133 發現號 2011年2月24日 N/A N/A N/A

週期性往返任務:

已脫離的組件

已取消的組件

  • 離心重力艙
  • 對接貨艙
  • 多用途對接艙
  • 生活艙
  • 乘員逃生太空飛行器
  • 空間站推進艙
  • 俄羅斯實驗艙
  • 臨時控制艙

往返太空飛行器

此外還有很多非承重桁架用於支撐太空站巨大的太陽能電池板

美國太空製造公司英語Made in Space (company)專門設計的用於國際太空站微重力製造專案的3D印表機已經通過了美國太空總署最後的驗證測試,將於2014年8月發射到國際太空站投入使用。[22]

組件組態[編輯]

下面是太空站主要組成部分的圖示。藍色區域是太空人不使用太空衣就可以進入的加壓部分。太空站的非增壓上層建築用紅色表示。計畫中的組件用白色顯示,以前的組件用灰色顯示。其他非增壓部件為黃色。團結號節點艙同命運號實驗艙直接相連。為了清晰起見,圖中二者被分開顯示。類似的情況在圖示中也可以被注意到。

俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
太陽能板星辰號
服務艙
太陽能板
俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
探索號
(小型實驗艙-2)
英語Poisk (ISS module)
碼頭號
對接艙
俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
大型酬載
連接方式
加熱器英語External Active Thermal Control System太陽能板ERA
可攜式工作檯
英語Rassvet (ISS module)#Details
歐洲機械
手臂(ERA)
英語European Robotic Arm
俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
科學號
(實驗艙)
俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
碼頭號
節點艙
俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
太陽能板科學號
實驗氣閘
俄羅斯對介面英語SSVP docking system
通過臨時對接器
俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
太陽能板曙光號
(第一個艙組)
太陽能板
晨曦號
(小型實驗艙-1)
英語Rassvet (ISS module)
俄羅斯
對介面
英語SSVP docking system
PMA 1
加壓對介面
英語Pressurized Mating Adapter#PMA-1
通用停泊對接裝置英語Common Berthing Mechanism 李奧納多號
貨艙
英語Leonardo (ISS module)
BEAM
充氣太空艙
英語Bigelow Expandable Activity Module
尋求號
氣密艙
團結號
節點艙1
寧靜號
節點艙3
畢曉普
氣密艙
英語Bishop Airlock Module
旋轉式太陽能板陣列英語Roll Out Solar ArrayESP-2
外部儲存平台
英語External Stowage Platform#ESP-2
穹頂艙
太陽能板太陽能板散熱器英語External Active Thermal Control System散熱器英語External Active Thermal Control System太陽能板太陽能板旋轉式太陽能板陣列英語Roll Out Solar Array
ELC-2
掛載存儲器
英語ExPRESS_Logistics_Carrier#ELC-2

阿爾法磁譜儀
桁架 Z1ELC-3
掛載存儲器
英語ExPRESS_Logistics_Carrier#ELC-3
桁架 S5/6桁架 S3/S4桁架 S1桁架 S0桁架 P1桁架 P3/P4桁架 P5/6
ELC-4
掛載存儲器
英語ExPRESS_Logistics_Carrier#ELC-4

ESP-3
外部儲存平台
英語ESP-3
ELC-1
掛載存儲器
英語ExPRESS_Logistics_Carrier#ELC-1
專用靈巧機械手英語Dextre
機械手臂
移動維修系統
機械手臂
太陽能板太陽能板太陽能板旋轉式太陽能板陣列英語Roll Out Solar Array太陽能板旋轉式太陽能板陣列英語Roll Out Solar Array
旋轉式太陽能板陣列英語Roll Out Solar ArrayESP-1
外部儲存平台
英語External Stowage Platform#ESP-1
命運號
實驗艙
希望號
貨艙
旋轉式太陽能板陣列英語Roll Out Solar ArrayIDA 3
對接器
英語International Docking Adapter
貨運飛船
對介面
英語Common Berthing Mechanism
PMA 3
加壓對介面
英語Pressurized Mating Adapter#PMA-3
希望號
機械手臂
外部酬載設施哥倫布號
實驗艙
協和號
節點艙2
希望號
實驗艙
希望號
外部平台
公理號
(預計)
英語Axiom Orbital Segment
PMA 2
加壓對介面
英語Pressurized Mating Adapter#PMA-2
IDA 2
對接器
英語International Docking Adapter

目標[編輯]

美國元件的工廠
俄羅斯的火星-500建築的三維規劃,是基於地面的試驗以補充基於國際太空站的試驗 - 用於準備一個載人火星任務

有很多持批評觀點的人認為國際太空站計畫是在浪費時間和金錢,並且抑制了其他更有意義的計畫。持有這種觀點的人列舉,花費在國際太空站計劃上的上千億美元和近乎一世代的時間,可以用來實施無數的無人太空任務,或者將這些時間和金錢花在地球上的研究中,也要比國際太空站更有意義。太空站的支持者認為對於太空站的批評是目光短淺而且帶有欺騙性的,支持者認為花費在載人空間探索上的巨額經費同樣會給地球上的每個人帶來切實的好處。有評估指出,國際太空站計畫所開發的載人太空飛行相關技術商業應用,會間接帶動全球經濟,其所帶來的收益是最初投資的七倍,也有一些相對保守的估計則認為此種收益只是最初投資的三倍。還有一些堅定的支持者認為,即使國際太空站在科學方面的意義為零,僅其發揮的推動國際合作的作用,也足以令這個計畫彪炳史冊。

執行[編輯]

目前對接/停泊情況[編輯]

目前與國際太空站對接太空飛行器的效果圖。NASA官網即時連結.
飛船 類型 任務 位置 到達 (UTC) 脫離 (計畫)
聯盟MS No. 755 俄羅斯 載人 聯盟MS-24 晨曦號實驗艙英語Rassvet (ISS module) 天底 2023年9月15日 2024年
進步號 No. 455 俄羅斯 載貨 進步MS-25英語Progress MS-25 探索號實驗艙英語Poisk (ISS module) 天頂 2023年12月3日 2024年
天鵝座號
S.S. Patricia 「Patty」 Hilliard Robertson
美國 載貨 NG-20英語Cygnus NG-20 團結號節點艙 天底 2024年2月1日 2024年
進步號 No. 456 俄羅斯 載貨 進步MS-26英語Progress MS-26 星辰號服務艙 後向 2024年2月17日 2024年
載人龍飛船奮進號 美國 載人 SpaceX載人8號 協和號節點艙 前向 2024年3月5日 2024年8月
載貨龍飛船C209 美國 載貨 SpaceX CRS-30英語SpaceX CRS-30 協和號節點艙 2024年3月23日 2024年

遠征隊[編輯]

所有永久駐地乘員組命名「遠征隊N」,遠征最長為6個月,「遠征N」在每次遠征以後連續地被增加。太空遊客沒有算作是遠征成員。以A、B、C次發射組員為例,當A+B一組在太空站時,稱為第XX次任務遠征隊,但是當A組員返回地球,C組發射時,則變成B+C組在太空站執勤,就稱為XX+1次任務遠征隊。依此類推。

遠征1至6由三人組組成。在美國太空總署哥倫比亞號太空梭失事後,第7至12次遠征被減少到安全的最少兩人。從第13次遠征開始,考察組在2010年左右逐漸增加到6人[23][24]。從2020年開始,隨著美國商業載人航太發展計畫的乘員組抵達[25],美國太空總署把遠征隊的規模增加到7名,這是國際太空站最初設計的人數[26][27]

太空遊客[編輯]

自費進入太空的航海家被俄羅斯太空總署和美國太空總署稱為太空飛行參與者,有時被稱為"太空遊客"。在太空梭2011年退役之前,當專業人員更換的人數不能被聯盟號的三個座位整除時,而短期停留的乘員沒有被派來,備用座位就由MirCorp公司通過太空探險公司出售。2011年之後,太空站的乘員人數減少到6人時,太空旅遊就停止了,因為合作夥伴都要需要俄羅斯的運輸工具。這段時間共有7名太空遊客到達國際太空站。

在美國太空人使用龍飛船2號抵達太空站之後,太空旅遊得以繼續。2021年12月以來,另有5名太空遊客到達國際太空站。

軌道[編輯]

國際太空站從1998年11月到2018年11月高度變化圖表
國際太空站從2018年9月14日到2018年11月14日的軌道動畫(地球沒有顯示)。

國際太空站目前維持在一個近乎圓形的軌道上,最低平均高度為370 km(230 mi),最高為460 km(290 mi)[28],位於增溫層中心,與地球赤道的軌道傾角為51.6度。之所以選擇這個軌道,是因為它是俄羅斯聯盟號和進步號太空飛行器從北緯46度拜科努爾太空發射場能直接到達的最低傾角,而不會飛越中國或在居民區掉落廢棄火箭級[29][30]。它的平均速度為28,000公里每小時(17,000英里每小時),每天飛行15.5個軌道(一個軌道93分鐘)[31]。在NASA太空梭每次對接時,太空站的高度被允許下調,以允許更重的負載轉移到太空站。在太空梭退役後,太空站的名義軌道被提高了高度(從大約350公里到大約400公里)[32][33]。其他更頻繁的補給太空飛行器不需要這種調整,因為它們是效能更高的飛行器。[34][35]

大氣層的阻力平均每月使太空站減少約2公里的高度。軌道維持可以由太空站星辰號服務艙上的兩個主引擎,或與星辰號尾部對接的俄羅斯或歐洲太空飛行器來完成。自動運載飛船在建造時有可能在其尾部增加第二個對接埠,允許其他飛船與太空站對接和助推[35]。維持國際太空站的軌道每年要使用約7.5噸的化學燃料[36],每年的成本約為2.1億美元[37]

退役[編輯]

2012年3月30日,俄羅斯聯邦太空局局長弗拉基米爾·波波夫金表示,聯邦太空局正在與外國夥伴討論2020年後繼續使用國際太空站的問題,並打算改變國際太空站的運作方式。波波夫金說,聯邦太空局考慮將國際太空站的使用期延長到2028年,即使作出了延長使用期的決定,國際太空站的作用也將改變,它將成為進行技術試驗和訓練載人登月的平台。[38]

2022年1月,美國太空總署宣布計畫於2031年1月令國際太空站退役使其脫離軌道,並將任何殘餘物引導到南太平洋的一個偏遠地區。[11]

2023年4月6日,俄羅斯航太國家集團向俄政府建議將國際太空站俄羅斯艙段執行期限延長至2028年。[39]

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ Chris Peat. ISS—Orbit Data. Heavens-Above.com. 2010-06-18 [2010-06-18]. (原始內容存檔於2018-12-25). 
  2. ^ Steven Siceloff. NASA Yields to Use of Alpha Name for Station. Space.com. 2001-02-01 [2009-01-18]. (原始內容存檔於2009-03-09). 
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