发布时间：2024-02-29 16:27:25
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的航天航空的意义样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：编译原理；Timeliner语言；脚本；TSCL语言
中图分类号：TP314 文献标识码：A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.06.021
Design and Implement of Timeliner-based Spacecraft Control Language
LIU lei1, YaN Hui2, Gao Yong-ming3, waNG Bin4
(1.Graduate School of Management brigade ,The Academy of Equipment,101416 Beijing;
2.Scientific Research Department ,The Academy of Equipment,101416 Beijing; 3.Department of Information Equipment ,The Academy of Equipment,101416 Beijing; 4.Department of Aerospace Equipment ,The Academy of Equipment,101416 Beijing)
【Abstract】In the past 30 years, the timeliner language was successfully applied in many aspects of the International Space Station and orbital express mission management, core operating and payload operations, launch vehicles to provide independent emission control system. However, the timeliner the related technologies are mostly concentrated in the developed countries in europe and the United States, to carry out and grasp the Timeliner related technology to promote the related fields in China and raise the level of significance. This article is based on in-depth analysis of the Timeliner language and its successful experience in the field of autonomous mission planning and scheduling applications, drawing the timeliner thinking design tSCL (timeliner-based Spacecraft Control Language) scripts to control the language specification, a simple compilation and execution environment prototypelay a good foundation for future research and application.
【Key words】Compiler theory;Timeliner language; script; Collaborative Computing; TSCL language
0 引 言
Timeliner语言是1982年由Draper实验室开发的，1992年被选为国际空间站计划的用户接口语言。Timeliner既是一种脚本或者过程程序设计语言也是一种执行环境，用来编写可以基于事件、时间、地面或者是人工命令驱动的自动执行脚本，执行环境是国际空间站指令和数据处理软件与相关地面软件的结合[1]。Timeliner语言在国际空间站、轨道快车和商业领域得到了成功的应用，但在我国的研究和应用较为滞后[2]。本文基于对Timeliner语言的深入分析和将其在自主任务规划调度领域应用[3]的经验，借鉴其设计思想，从实现的角度，设计了一种航天器控制语言——TSCL。
Timeliner语言是专门设计用来允许简单的脚本定义，提供控制复杂系统的序列。Timeliner控制序列可以是预编程的Timeliner脚本，也可以是来自实时、交互式输入的系统操作[4]。 Timeliner系统（如图1所示）包括一个高级脚本语言，一个包含命令和数据对象的数据库，一个命令编译器，一个命令执行器和监控界面。
4 结 论
本文基于对Timeliner语言，设计了TSCL语言的语法规范，阐述了该语言的编译执行方案，初步实现了编译器原型。对下一步将Timeliner思想引入到我国航天器领域打下了良好的基础，具有一定的理论意义和应用价值。
[1] Robert A. Brown, Automating Space Operations Using Timeliner and ADEPT[J], The Charles Stark Draper Laboratory, 2006.
[2] 申璐榕，Timeliner机制及其在机器人控制中的应用研究[D],国防科学技术大学硕士学位论文，2008.
顺利完成12天太空飞行后，4月18日下午，我国首颗微重力科学实验卫星“实践十号”回收舱于16时30分准确降落在内蒙古四子王旗预定着陆区域。回收舱携带有小鼠胚胎等“乘客”，着陆状态正常、外观良好，卫星搜索回收任务顺利完成。
“实践十号”科学实验卫星的重要研究项目之一，是把6000余枚小鼠早期胚胎带上了太空，研究表明，小鼠早期胚胎在太空中顺利完成从2个细胞到囊胚的全程发育。这是世界上第一次实现哺乳动物胚胎在太空发育。
这个研究是中国科学院动物研究所研究员段恩奎等人主持进行的，研究的目的是探索未来在太空环境中，人类能否正常生活、繁衍后代。空间微重力和辐射等特殊环境会不会对生殖造成不良影响。
无论是前瞻性还是现实性，这个研究的意义通俗地说就是探索在太空环境下可否造人以及能造出什么样的人。不过，就目前来说，这只是动物研究，真正要应用到人类，可能还有很长的路要走，但这并不妨碍把动物试验的结果应用到人类的生育上。
太空是一个迥然不同于地球的环境，表现为微重力、强辐射（包括伽玛射线、高能质子和宇宙射线）和高真空，这样的环境显然对生育是不利的。因为，这样的环境会导致生物基因产生种种突变，如染色体缺失、基因重复、易位、倒置等。
人鼠大不同
过去的研究已初步证明，太空环境不利于造人。1996年，美国人捷足先登，把49枚小鼠胚胎放到哥伦比亚航天飞机送上太空，结果无一发育。2006年，中国科学院动物研究所的段恩奎团队利用我国实践八号育种卫星留轨舱，把小鼠胚胎送上太空进行发育试验，首次获取了太空中的小鼠胚胎图片，遗憾的是它们在太空未能完成发育。
研究太空胚胎发育这一次获得了初步成功，第一次证明哺乳动物早期胚胎在太空微重力条件下，完全可以发育到囊胚阶段，而且，发育的时间与在地面上的时间基本一致。但是，这并不意味着太空造人就可行，原因在于，除了这是动物试验外，还在于，这次发育到囊胚阶段的胚胎并未植入到小鼠子宫发育，发育成囊胚的胚胎如果没有及时在母体子宫着床，就会慢慢死亡。
顺理成章地，下一步的研究是，在短时间回收在太空发育的胚胎，如3天，带回地面植入小鼠子宫中发育，看其是否能孕育成后代。当然，也可以在太空环境中把胚胎植入小鼠子宫，看其是否能孕育并分娩。更直接的研究是，把小鼠带入太空环境，看看它们能否和怀孕，并生下后代。另一个办法是，在地面上待小鼠怀孕后再放置到太空飞船或卫星上并送到太空，看其能否正常孕育和分娩后代。
这样的试验可能会有人质疑和反对，地球上还有如此多的人不孕不育，占总人口的10%～15%，为何要研究在太空上造人。如果要这样问，就需要登高用望远镜来看未来。由于地球资源面临耗尽和枯竭，以及人类的侵略性、贪婪和好奇心等，不仅是航天航空专家，就连霍金这样的科学大V都看好人类未来的出路在于太空旅行和星际移民，因此，在太空和其他星球繁衍和生育是人类必做的功课。
姑且不论霍金为人类描绘的用激光驱动的宇宙飞船到达距地球4.37光年的半人马星座的阿尔法星要用20年时间，就是目前人类心仪的火星移民按现有的航天飞行器的速度平均也需要200多天，在移民途中和到了火星人类都面临着造人的任务。
但是，无论是在太空还是在火星上，人类也都面临着微重力、强辐射的环境，火星的大小只有地球的一半，质量只有地球的1/10，并且有强烈的辐射。所以，现在用动物模式研究太空生育是在为未来人类移民其他星球做准备。
女航天员的重任
太空生育的另一个前提是，在太空的微重力环境下，还需要，这个研究据说美国和苏联已经让宇宙飞行员进行过，总体结论是，由于微重力环境，只有4种姿势适宜在失重状态下进行。但是，进入女性体内比较困难，并且有可能造成宫外孕，因此太空生育存在一定难度。
太空也是人类的环境
仅从常识来看待这次卫星相撞事件就有很多理由建立太空行为准则。其一，避免垃圾碎片污染太空；其二，规避危险的太空战争发生；其三，减少事故双方的损失等。但是，建立太空行为规范更为重要的理由应当是环境理论和环境法，同时也与国际关系理论和法律有关。
美国海洋生物学家蕾切尔・卡逊于1962年出版了具有历史意义的著作《寂静的春天》后，不仅促发了人们对保护环境的思考和行动，也引发了公众探索用法律来保护环境的讨论。当时人们认为美国宪法和民法中都没有保护公民的环境权的法律，因而促使美国公众思考，公民要求保护环境，要求在良好环境中生活的宪法依据是什么?
按照传统的宪法和民法理论，公民无权对与自己无关的财产提出权利要求，公民对作为“无主物”的空气、水、阳光等环境要素不能提出权利要求。但是，美国密执安大学萨克斯教授提出了“环境公共财产论”和“环境公共信托论”作为公民要求在良好的环境中生活的理由，或者说法理基础。
他认为，空气、水等环境要素在受到严重污染和破坏并威胁到人类正常生活时，就不应再视为“自由财产”和“无主物”。公共环境资源或国家环境资源应当是全体公民的共享资源和公共财产，任何人不能任意对其占有、支配和损害。但是，为了合理支配、利用和保护这一公共财产，全体公民可以作为共有人委托国家对环境资源进行管理。因此，阳光、水等环境要素不是“无主物”，而是全体公民的公共财产和共享资源。
此后，这一理论被称为国家环境权，意思是基于一个国家全体公民的共同委托而产生的权利。但是，既然国家环境权的运作单位是国家，就必然会在国际环境中涉及国与国之间的关系。所以，在公民委托政府管理国内的环境外，也委托国家管理与本国相关的国际环境，即国家还负有国际环境义务。而太空行为涉及地球上的所有国家，也与整个地球和地球的空间环境密切相关。所以，《人类环境宣言》第24条指出，“关于保护和改善环境的国际问题，应由所有国家，无论大小，在平等的基础上，以合作精神进行讨论。为有效限制、预防、减少和消除在任何领域进行的活动所造成的环境损害，必须通过多边或双边协定或其他适当的方式进行合作，同时尊重所有国家的和利益。”
由此，应当由所有飞行器进入太空或希望自己的飞行器将来进入太空的国家来共同制定太空行为准则。
太空行为准则的目的和历程
太空行为准则主要涉及的是太空环境和太空秩序。所以，制定太空行为准则是要求相关国家确保在其管辖范围内或在其控制下的太空活动不致损害其他国家或在各国管辖范围以外地区的环境和资源，同时太空行为准则也要求相关国家根据国际法和国际环境法公平、合理地承担保护和改善在各国管辖之外但对全人类的生存和发展有影响的环境与资源，主要是太空环境和资源、极地环境和资源以及海洋环境和资源等。
基于这样的目的，早在1967年1月，联合国就颁布了《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内外层空间活动的原则条约》，中国也是该条约的签字国。该条约拟定了一些基本原则，明确规定，各国不得通过要求，使用或占领等方法，以及其他任何措施，把外层空间(包括月球和其他天体)据为己有。而且，各缔约国在进行探索和利用外层空间(包括月球和其他天体)的各种活动方面，应遵守国际法和联合国，以维护国际和平与安全，促进国际合作和了解。
各缔约国探索和利用外层空间(包括月球和其他天体)，应以合作和互助原则为准则；各缔约国在外层空间(包括月球和其他天体)所进行的一切活动，应妥善照顾其他缔约国的同等利益。各缔约国从事研究、探索外层空间(包括月球和其他天体)时，应避免使其遭受有害的污染；如必要，各缔约国应为此目的采取适当的措施。若缔约国有理由相信，该国或其国民在外层空间(包括月球和其他天体)计划进行的活动或实验，会对本条约其他缔约国和平探索和利用外层空间(包括月球和其他天体)的活动，造成潜在的有害干扰，该国应保证于实施这种活动或实验前，进行适当的国际磋商。
而且，凡进行发射或促成把实体射入外层空间(包括月球和其他天体)的缔约国，及为发射实体提供领土或设备的缔约国，对该实体及其组成部分在地球、天空、或外层空间(包括月球和其他天体)使另一缔约国或其自然人或法人受到损害，应负国际上的责任。
从上述内容来看。国际上早就对太空行为准则有了规定，当然还不具体。所以，这次美俄卫星在太空相撞后，国际社会可能会建立更为细致和具体的，同时操作性强的太空行为准则。
太空行为准则的具体内容
现在，有一些国家和共同体制定了较为具体的太空行为准则。例如，美国于2007年8月颁布了《美国国家宇航局限制空间碎片的技术标准过程》，欧盟于2008年12月颁布了《外层空间活动行为准则》。中国目前已经颁布了第一份控制空间碎片产生的航天业界行业标准《空间碎片减缓要求》，下一步将实现我国对空间碎片控制的立法。
可以看出，空间行为准则的重点有几个。一是建立太空飞行器的交通规则，以避免发生太空碰撞和事故，就像在陆地上行驶有交通安全法，在海洋中行船有海洋交通法一样。二是如果出现事故，如何处理。例如，迅速有效地处理空间碎片，防止污染扩大，区分肇事者和非肇事者，以责任大小来进行处置等。
欧盟的《外层空间活动行为准则》中对太空行为和交通法提出了一些设想，包括一整套“透明和信任措施”，与上世纪70年代重大军控协议措施比较相似。该准则鼓励各国提前通报各自在太空的活动，包括卫星发射、轨道操作、卫星运行、脱离轨道等，以避免造成对方的误解。同时，“行为准则”还鼓励各国不要进行加剧太空新碎片产生的活动。这种提醒首先是指在试验反卫星武器或蓄意攻击时摧毁卫星的行为。
另外，由于所有的航天国。家都会制造空间碎片，因而减缓和清除空间碎片应当是太空行为准则的中心内容之一。“机构间空间碎片协调委员会”是唯一专门从事空间碎片研究的国际组织，编制了《空间碎片减缓指南》，联合国和平利用外层空间委员会以此为蓝本，于2008年2月通过了所有联合国会员国都应遵照执行的碎片减缓指南。
为了有效清除太空垃圾和碎片，包括中国在内的世界主要航天国家(组织)则共同倡议在地球外层空间划出两个必须受到保护的空域。在这两个保护区工作的航天器以及在这里形成的碎片需要采取一定的措施离开这一区域。与保护区配套的是把某些区域设置为“弃置区”，将新形成的碎片弃置在这些区域，它距离保护区较近，因此将空间碎片从保护区移到弃置区需要较少的能量，比较容易实现。
【关键词】高句丽遗址 虚拟再现 保护与研究 展示与传播
虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。同时，它更是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。
一、虚拟技术已广泛应用于众多领域
虚拟技术最早应用于20世纪70年代的航天航空领域，并用此技术来模拟培训宇航员，为之提供了一种省钱、安全且行之有效的训练方法。随着计算机技术的进步与发展，虚拟现实技术现已经被推广应用到诸多领域当中，陆续得到广泛应用。如军事领域应用虚拟再现技术可以多快好省地研究战争、演习推演和训练；科技开发应用虚拟现实可缩短开发周期，减少费用；娱乐领域应用虚拟技术可让人足不出户就身临其境地感受交互游戏或体验训练技能；建筑与城市规划应用虚拟技术为城市的风格和合理布局，以及旅游交通等提供可视化空间地理信息服务；医疗领域运用虚拟现实技术为培训、临床诊断、手术治疗提供更好的服务……由此可见，虚拟技术已广泛应用于众多领域。正是基于虚拟技术的高度逼真的三维图像和实时交互的体验等功能，这项数字技术也开始应用于古迹遗址和文物保护领域。虚拟技术同时借助全息影像技术以及网络媒介，可以将古迹及文物的研究与保护、展示与传播提高到一个新阶段。例如，希腊科学家利用虚拟技术建立了一个古希腊建筑的影像系统，让古希腊的古迹原貌真实、鲜活地呈现在游客面前，游客只需戴上导游仪装置，就可以如身临其境般地感受璀璨的古希腊文明。
我国五千多年的历史积淀了丰富的文化遗迹，其中被列入世界文化遗产名录的古迹达30余项，很多地区历史文化遗产、建筑遗迹以及文物保护方面的工作仍然停留在传统的图片与文字的记录等原始的管理形式， 文化遗产的展示也大多是建立在游客与珍贵文物或遗迹直接接触的基础上，一些遗迹或文物遭到了不同程度的破坏。同时，还有很多消失的遗迹需要复原以供开发与研究，这些都需要借助数字化技术等手段介入，因此应用虚拟技术再现遗迹，保护和展示文物具有十分重要的现实意义。目前，国内很多历史文化遗迹和古建筑已经开始陆续将虚拟技术用于保护与开发，如故宫博物院运用虚拟技术成像系统展示了辉煌的故宫建筑群和中国古代工匠们高超的建筑构造方法；陕西利用虚拟现实技术将方圆100平方公里的乾陵进行了三维数字化虚拟，真实再现了气势宏伟的乾陵，同时为了更好地了解乾陵的外形和内涵，利用交互技术，让参观者多角度、全方位地观看乾陵；山东曲阜孔子博物院利用虚拟技术将大成殿制作成影像系统，使游客在计算机上便可浏览大成殿的建筑细节，同时可以在虚拟的大成殿内进行漫游。除此之外，国内还有古迹建筑运用虚拟技术的案例，如圆明园遗址的复原、消失的阿房宫、虚拟再现紫禁城以及尚未发掘的秦始皇陵，等等。穿越了时间的壁垒，历史得以数字化再现，文化得以信息化传承，虚拟技术为文物保护、考古研究开辟了新的途径。我们再也不用抱着化石想象着恐龙的模样了。
二、虚拟现实技术对吉林省集安高句丽遗址的作用
吉林省很多精美的古建筑或历史遗址，由于观念落后、资金缺少、人才匮乏、保护不当等问题，正面临着被遗忘、破坏甚至逐渐消失的严重威胁，局势不容乐观。目前，吉林省运用虚拟技术还局限于地产与规划领域，在虚拟技术运用于古迹复原与文物保护方面的研究与尝试还处于初级阶段，应用于交互体验或网络旅游还停留在尝试层面。作为吉林省重要的古迹遗址，被联合国教科文组织列为《世界遗产名录》（2004）的集安高句丽王城、王陵及贵族墓葬，亟需借助虚拟技术实现多方面的应用与支持。运用虚拟现实技术实现高句丽遗址的全面三维再现，不仅可以真实复原遗址的历史原貌，为文物保护与研究、展示与传播提供更加有效的手段，而且对修缮、保护吉林省古迹和古建筑有极大的促进作用。
（一）体现在数据存储与保护研究方面
高句丽遗址位于中国吉林省集安市，这里作为高句丽政权的都城长达425年之久，东邻朝鲜，保存着世界上最多的高句丽文物古迹，包括山城（国内城、丸都山城两座高句丽早中期都城）、陵墓（14座王陵和26座贵族墓葬）、碑石、上万座古墓和众多的出土文物，构成令世界瞩目的洞沟文化。这些闻名遐迩的文物古迹，从不同侧面反映了高句丽的历史，为世界留下了弥足珍贵的文化遗产。为更好地获取数据与相关资料，在充分研究遗址的历史与考古方面的成就基础上，借助安全的三维激光飞行时间法非接触测量技术对高句丽遗址进行高精度的全面测绘，同时通过影像采集周围空间关系的真实图像等资源，记录原有各项相关真实数据，并为此建立模型数据库，实现高句丽遗址相关数据资源科学的永久保存，以便以后的人们能更好地学习和传承。
首先，这些精准科学的数据是高句丽遗址建筑与营造、文物物品等图像复原的基础，利用数据可以把遗址建筑设计的模型内容、古老的施工工艺、搭接手法等用三维图像软件进行精确的实体建模，从而更好地呈现在人们的眼前。伴随着虚拟技术所推出的衍生产品，旅游产品也将得到极好的推广。其次，可以用来提高遗址和相关文物复原的精度，以及为选择将要采取的技术手段做出预先判断和提供依据，并可以节约成本、缩短修复周期、提高工作效率。对于那些出现脆化、脱色、剥落等现象的易损文物，可以结合虚拟现实技术进行虚拟修复和保护，从而检验修复保护技术和手段的可行性，考察修复保护过程中的各项环节和修复保护后的耐久性，有助于制定科学合理的修复保护方案。总之，这些数据库的建立可以为遗址和文物多方面的研究带来便利。最后，建立古代建筑保护修复信息服务平台把古代建筑知识库信息录入管理，可以为古代建筑知识库查询服务和古代建筑多媒体知识提供检索服务。
此外，虚拟技术还可以对文化遗产进行旅游开发规划的模拟， 旅游模拟系统中按高句丽遗址地理信息建立了计算机模型， 记录了每个王陵的位置、路线等。通过该系统模拟各个环节、不同管理策略，合理高效利用各个环节硬件设施的最优管理策略。通过虚拟技术呈现的规划方案可以进行预判或做出决断，从而做出正确的决策。
（二）体现在遗址展示与文化传播方面
高句丽遗址在我国属于闭塞地区，地表遗址与建筑是不可移动的文物，遗址本身又缺少展示环节，由于时空的限制使遗址及文物的文化价值无法充分地发挥出来，博物馆式的展示方式和手段已跟不上当今信息时代的步伐。为此，需要对遗址及文物的展示注入新的元素与形式，而虚拟现实技术可以摆脱时空限制，在不移动文物本身的情况下，真实地再现遗址和文物，从而使高句丽遗址和文物有了更丰富的展示途径和办法。
一方面，在展示中通过虚拟现实技术将遗址和文物构建的影像系统，借助全息影像技术呈现出更大范围的立体感展示，产生真实的视觉效应，使得展示遗址和文物显得更加生动形象，体会到这个令人惊异的三维空间所散发出的恢宏之感。还可以结合并运用媒体交互技术，参观者通过立体眼镜或操作传感装置，在现场三维场景中进行虚拟漫游，在立体的虚拟世界中充分感知信息，并做出选择或相应的动作，体验交互带来的感受。像在现实生活中游览名胜古迹那样，走过每一条游览线路，而比现实中更吸引人的是，在虚拟世界中，游客可以走进宫殿，看到每一处内部细节，甚至可选择一个自己喜欢的身份，如官员、宫女、嫔妃、武士等，选择各自所需的方式和进程，让自己置身于神秘的虚拟情境中，引领观众穿梭于历史的时空中，既获得了各种意想不到的遭遇和感受，又了解了历史遗迹的兴衰发展过程。因此，虚拟技术的应用，使古迹及文物的展出频率和效果都得到了极大提高。它充分调动了参观者的热情，使观众对遗址有了更加浓厚的兴趣。并能吸引更多的人来观看、体验遗址和文物的非凡魅力。
另一方面，利用网络来整合、统一大范围内的文物资源，是传播和推广高句丽世界文化遗产的有效途径。通过网络可以在世界范围内更加全面地展示遗址古迹，宣传历史文化资源。参观者还可以通过键盘、鼠标、方向盘等操控工具来控制虚拟环境，同遗址及文物进行交互作用，从而产生身临其境的感受与体验。在虚拟环境中模拟行走、飞行，并能直观地查看各个古建筑、物品的详细信息。使高句丽遗址摆脱了地域的限制，从而实现文化资源共享，让更多的人通过网络媒介或虚拟博物馆参观、浏览遗址及文物，真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。虚拟技术可以不受时间、距离、费用以及意志力等限制进行旅游，在将来只需要带一台有卫星定位系统的笔记本电脑，就可以根据自己的兴趣去小村落、墓群和遗址进行旅游。
由此可见，基于虚拟现实技术的虚拟旅游能为旅游开发带来新的表现形式，利用网络化的虚拟现实能够更好地宣传文化遗产，现场的虚拟展示则能带给用户更丰富的交互体验。虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起，成为人类探索客观世界规律的三大手段。
目前，虚拟技术在国内很多领域已经逐渐普及开展起来，这是历史发展的必然，也是数字时代的要求。与此相关的技术研究、设备的研发已经接近成熟， 如激光飞行时间法非接触测量技术、全息影像技术，新媒体交互技术等，极大地增强了虚拟技术应用的效果。同时，我们也看到虚拟技术应用于遗址再现成像系统等方面涉及很多考古学等相关领域的知识，单纯依靠数字领域的技术运用难以取得最佳效果，更需要文物研究与保护以及历史文化资源领域的专家学者参与其中，提供相关专业理论支持，并加深对数字化技术的理解，多方协作、共同努力，才是创作完成课题的关键，为文化遗产保护与开发工作的和谐共生、文化遗产及其蕴含的文化传承做出贡献。探讨高句丽遗址虚拟再现，可以将吉林省古迹与遗址的保护研究提高到一个新层面，为吉林省历史遗迹的展示和传播提供一种新的思路，具有一定的现实意义。
（注：本文为吉林省教育厅“十二五”社会科学研究项目，项目编号： 吉教科文合字2011第214号）
参考文献：
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