우주의 혁명 직전
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XNUMX세기 중반 인류는 우주에 매료되었습니다. 첫 번째 위성 발사, 가가린의 비행, 우주 유영, 달 착륙 (그냥 예약하자. 저자는 미국인의 달 방문 거부를 "평평한 지구" 지지자들이 생성한 HIV, 예방 접종 및 기타 넌센스 거부와 유사한 가장 심각한 형태의 모호한 형태 중 하나로 간주합니다. ) - 그것은 조금 더 보였습니다. - 특히 야심찬 행성간 우주선 프로젝트가 실제로 존재했기 때문에 우리는 별까지 날아갈 것입니다. 그리고 달의 기지로서 화성으로 가는 비행은 당연하게 받아들여진 것이었습니다.
기술적인 관점에서 볼 때 2001세기에도 인류는 스탠리 큐브릭 감독이 공상과학 영화 "스페이스 오디세이 XNUMX"에서 보여준 것의 대부분을 실현할 수 있었을 것입니다.
하지만 우선순위가 바뀌었습니다. 지난 세기의 기술은 위의 모든 것을 구현할 수 있었지만 매우 비쌌습니다. 지난 세기의 기술을 기반으로 우주로 확장하려면 이 문제를 해결하기 위해 세계 주요 국가의 모든 경제를 재정립해야 합니다.
집중 우주 탐사에는 두 가지 기본 작업의 솔루션이 필요합니다. 첫 번째는 거대한 부피가 큰 화물을 궤도로 발사할 가능성을 보장하는 것이고, 두 번째는 페이로드(PN) XNUMXkg당 궤도로 발사하는 비용을 줄이는 것입니다.
인류가 첫 번째 작업에 비교적 잘 대처했다면 두 번째 작업에는 모든 것이 훨씬 더 복잡해졌습니다.
우주로의 긴 여행(그리고 매우 비쌈)
처음부터 발사체(LV)는 일회용이었습니다. XNUMX세기 기술로는 재사용 가능한 발사체를 만들 수 없었습니다. 수억 또는 수십억 루블 / 달러가 대기에서 타거나 표면에 충돌하는 것은 놀라운 것처럼 보입니다.
배가 바다로 나가는 한 번만 제작되고 그 후에는 즉시 불타 버릴 것이라고 상상해 봅시다. 이 경우 위대한 지리학적 발견의 시대가 올까요? 북미대륙이 식민지가 될까요?
거의 ~ 아니다. 아마도 인류는 문명의 고립된 중심지에서 살았을 것입니다.
대형 및 초대형 화물을 저기준궤도(LEO)로 발사할 수 있는 가능성은 미국의 거대한 초중량 발사체 Saturn-5에서 구현되었습니다. 141톤의 PN을 LEO에 실을 수 있는 이 로켓 덕분에 미국이 당시 우주 경쟁의 선두 주자가 되어 미국 우주비행사를 달에 보낼 수 있었습니다.
LV "Saturn-5"로 달에 사람 착륙 가능
소련은 Saturn-5에 필적하는 초중량 발사체를 만들 수 없었기 때문에 달 경쟁에서 졌습니다.
그리고 소련은 강력한 로켓 엔진이 없기 때문에 초중량 발사체를 만들 수 없었습니다. 이 때문에 1개의 NK-30 엔진이 소련 초대형 33단 LV N-1의 XNUMX단에 설치되었습니다. 당시 컴퓨터 진단 및 엔진 작동 동기화의 가능성이 없었고 시간과 자금 부족으로 인해 전체 LV 또는 XNUMX 단계 조립품의 지상 동적 및 화재 벤치 테스트가 수행되지 않았다는 사실을 고려할 때 수행되지 않은 LV N-XNUMX의 모든 테스트 발사는 첫 번째 단계의 단계에서 실패로 끝났습니다.
발사체 N-1
우주선을 궤도에 진입시키는 비용을 근본적으로 줄이려는 시도는 미국 우주왕복선 프로그램이었습니다.
우주 왕복선의 재사용 가능한 수송 우주선(MTKK)에서 XNUMX개의 구성 요소 중 XNUMX개가 반환되었습니다. 낙하산에 의해 고체 연료 부스터가 바다로 튀겨 확인 및 급유 후 재사용할 수 있었고 우주선인 셔틀이 착륙했습니다. 비행기 계획에 따라 활주로에서. 대기에서는 액체 수소와 산소 탱크만 연소되었으며 그 연료는 셔틀의 엔진에 사용되었습니다.
우주 왕복선
우주왕복선 시스템은 초중량 발사체로 분류될 수 없습니다. 저기준궤도(LEO)에 싣는 화물의 최대 중량은 30톤 미만으로 러시아 양성자 발사체의 탑재량 성능에 필적합니다.
소련은 Energia-Buran 프로그램으로 대응했습니다.
우주 왕복선과 Energia-Buran 시스템의 외부 유사성에도 불구하고, 그들은 중요한 차이점이 있었습니다. 우주 왕복선에서 궤도 발사가 두 개의 재사용 가능한 고체 추진제 부스터와 우주선 자체에 의해 수행 된 경우 소련 프로젝트에서 Buran은 Energia 발사체의 수동 부하였습니다. Energia 발사체 자체는 "초중량"에 기인할 수 있습니다. Saturn-100보다 40톤 적은 저궤도에 5톤을 실을 수 있었습니다.
에너지아-부란
Energia 발사체를 기반으로 LEO에 8-175 톤의 탑재량을 전달할 수있는 측면 블록 수를 200 개까지 증가시킨 Vulcan 발사체를 생성하여 비행을 수행 할 계획이었습니다. 달과 화성으로.
그러나 가장 흥미로운 개발은 궤도 우주선, 두 번째 단계의 중앙 블록 및 첫 번째 단계의 측면 블록을 포함하여 모든 요소를 재사용할 수 있는 "에너지 II" - "허리케인" 프로젝트라고 부를 수 있습니다. 소련의 붕괴는 의심할 여지 없이 흥미로운 프로젝트가 실현되는 것을 허용하지 않았습니다.
모든 서사적 성격에 대해 두 프로그램은 모두 축소되었습니다. 하나는 소련의 붕괴로, 두 번째는 수십 명의 미국 우주비행사를 죽인 "셔틀" 사고율이 높기 때문입니다. 또한 우주 왕복선 프로그램은 탑재체를 궤도로 발사하는 비용의 급격한 감소 측면에서 기대를 충족하지 못했습니다.
Energia-Buran 프로그램이 완료된 후 인류는 초중량 발사체가 없습니다. 러시아는 이를 위한 시간이 없었고, 미국은 우주 야망을 크게 잃었습니다. 현재의 시급한 과제를 해결하기 위해 양국이 사용할 수 있는 발사체는 충분했습니다(미국이 우주비행사를 궤도에 독립적으로 발사할 수 있는 능력이 일시적으로 부족하다는 점을 제외하고).
미국 항공 우주국 NASA는 화성으로의 비행이나 달에 기지 건설과 같은 야심 찬 작업을 해결하기 위해 초중량 발사체의 설계를 점진적으로 수행했습니다. Constellation 프로그램의 일환으로 Ares V 초중량 발사체가 개발되었습니다. "Ares-5"는 LEO에 5톤의 탑재량을 가져오고 188톤의 PN을 달에 전달할 수 있다고 가정했습니다.
아레스 V
2010년에는 Constellation 프로그램이 종료되었습니다. "Ares-5"의 개발은 초중량 LV - SLS(Space Launch System)를 만들기 위한 새로운 프로그램에 사용되었습니다. 기본 버전의 초중량 SLS 발사체는 LEO에 95톤의 탑재량을 제공하고 탑재량이 증가한 버전에서는 최대 130톤의 탑재량을 제공할 예정입니다. SLS LV 설계는 우주 왕복선 프로그램의 일부로 제작된 엔진과 고체 추진 부스터를 사용합니다.
초대형 발사체 SLS
실제로 특성과 비용면에서 유사한 "Saturn-5"의 일종의 현대적 환생이 될 것입니다. SLS 프로그램이 여전히 완료될 가능성이 높다는 사실에도 불구하고 미국이나 세계 우주 비행사에게 혁명을 일으키지는 않을 것입니다.
이것은 의도적으로 막다른 프로젝트입니다.
우주 기술에 사용되는 "전통적인"솔루션을 기반으로 구축 된 경우 동일한 운명이 Yenisei / Don 초중량 발사체의 러시아 프로젝트를 기다리고 있습니다.
유망한 러시아 초대형 발사체에 대한 개념
일반적으로 특정 시점까지는 미국과 러시아의 상황이 비교적 비슷했습니다. NASA도 Roskosmos도 탑재체를 궤도에 올려놓는 측면에서 획기적인 솔루션을 거의 보지 못했을 것입니다. 다른 나라에서도 새로운 것은 보이지 않았다. 우주 산업은 매우 보수적입니다.
민간 기업이 모든 것을 바꿔놓았고, 가장 편안한 비즈니스 환경이 조성된 미국에서 이런 일이 일어난 것은 지극히 당연합니다.
개인 공간
물론 먼저 Elon Musk의 SpaceX 회사에 대해 이야기하고 있습니다. 사기꾼, "성공적인 관리자", "Ostap Petrikovich Mask"등으로 불려지지 않는 즉시. 저자는 Falcon-9 발사체가 날지 않는 이유에 대한 의사 과학 기사 중 하나를 읽었습니다. 몸체가 동일하지 않고 너무 얇으며 엔진이 동일하지 않습니다. 일반적으로 "아니오"의 백만 가지 이유. 그건 그렇고, 그러한 평가는 독립적 인 분석가뿐만 아니라 공무원, 러시아 국가 구조 및 기업의 수장에 의해 표현되었습니다.
Musk는 자신이 아무것도 개발하지 않았다는 사실 (그리고 모든 디자인 문서를 직접 만든 다음 발사체를 스스로 조립해야 했습니까?)과 SpaceX가 다른 프로젝트에서 많은 정보와 자료를 받았다는 사실에 대해 비난을 받았습니다. NASA에서 (그리고 SpaceX는 마치 우주 프로그램이 그 이전에 미국에 존재하지 않았던 것처럼 처음부터 모든 것을 해야 했습니까?).
어떤 식 으로든 Falcon-9 발사체가 부러워하는 규칙으로 우주로 날아가고 소비 된 첫 번째 단계는 동일한 규칙으로 착륙합니다. 그 중 하나는 이미 10 (!) 번 비행했습니다. Roscosmos는 궤도에 탑재물을 발사하기 위한 시장의 대부분을 잃었고 재사용 가능한 유인 우주선 Crew Dragon(Dragon V2)의 SpaceX가 생성된 후 미국 우주비행사를 궤도로 운송하기 위한 시장을 잃었습니다.
Falcon-9 LV의 이륙, 재사용 가능한 첫 번째 단계 착륙 및 재사용 가능한 유인 우주선 크루 드래곤
그러나 SpaceX에는 63톤 이상을 LEO에 전달할 수 있는 Falcon Heavy 로켓도 있습니다. 현재 세계에서 가장 무겁고 가장 많은 탑재량을 자랑하는 발사체입니다. 첫 번째 스테이지와 사이드 부스터도 재사용할 수 있습니다.
Falcon Heavy LV의 이륙과 측면 부스터의 동시 착륙
또 다른 미국 억만장자 제프 베조스(Jeff Bezos)는 SpaceX의 머리 뒤에서 숨을 쉬고 있습니다. 물론 그녀의 성공은 훨씬 더 겸손하지만 여전히 성과가 있습니다. 우선, 이것은 New Glenn 발사체와 Vulcan 발사체(Atlas-4 발사체를 대체할)에 사용될 새로운 메탄-산소 엔진 BE-5의 생성입니다. Atlas-5가 현재 러시아 RD-180 엔진을 탑재하고 있다는 점을 고려할 때 BE-4가 등장한 후 Roskosmos는 또 다른 판매 시장을 잃게 될 것입니다.
미국 및 기타 국가에는 궤도에 탑재물을 발사하기 위한 발사체 및 기타 유형의 항공기를 만드는 수백 개의 신생 기업, 다양한 목적을 위한 위성 및 우주선을 만드는 신생 기업, 우주 산업 기술, 궤도 관광 , 등등.
이 모든 것이 무엇으로 이어질 것입니까?
우주 시장이 빠르게 확장되고 탑재체를 궤도에 올리기 위한 시장 경쟁으로 인해 XNUMXkg 계산에서 제거하는 비용이 크게 줄어들 것입니다.
Space Shuttle 시스템이나 Delta-1 로켓이 LEO에 4kg의 탑재량을 출력하는 비용은 약 $ 20입니다. 러시아의 양성자 발사체는 킬로그램당 000달러 미만의 비용으로 LEO에 탑재량을 전달할 수 있지만 이 미사일은 독성이 높은 비대칭 디메틸히드라진에서 작동하며 현재 생산이 중단되었습니다. 저렴하고 소련에서 개발된 러시아-우크라이나 제니트도 과거의 일입니다.
다른 발사체로 페이로드를 발사하는 예상 비용(데이터는 출처마다 다를 수 있지만 가격 순서는 동일함)
Falcon-9 발사체는 반환 2단계를 사용하는 경우 킬로그램당 000달러 미만의 비용으로 탑재체를 낮은 기준 궤도로 발사할 수 있습니다. Elon Musk에 따르면 Falcon-9는 잠재적으로 페이로드 발사 비용을 킬로그램당 500-1100달러로 줄일 수 있습니다.
고객이 페이로드를 꺼내는 데 비용이 훨씬 더 많이 드는 이유는 무엇입니까?
첫째, 비용은 출시 비용뿐만 아니라 시장 상황, 즉 경쟁사의 가격에 의해 결정됩니다. 어떤 자본가가 추가 이윤을 포기하겠습니까? 경쟁자보다 약간 낮고 덤핑보다 점진적으로 시장을 장악하는 것이 이익이 됩니다. 특히 우주 발사 시장과 같은 특정 중요 산업에서는 통제 구조가 어떤 경우에도 여러 공급자를 지원할 것이기 때문입니다. 경쟁사보다 몇 배나 높은 가격.
SpaceX의 가격 하락은 New Glenn 발사체로 Blue Origin에 맞서 경쟁자의 출현이나 낮은 발사 비용으로 탑재체를 발사할 수단을 만들 다른 회사 및 국가에 의해서만 촉발될 것이라고 가정할 수 있습니다.
그러나 대부분의 신생 기업과 유망한 프로젝트는 수백, 최대 수천 킬로그램의 탑재체를 궤도로 발사하는 것과 관련이 있습니다. 이것은 우주에 혁명을 일으키지 않을 것입니다. 큰 것을 건설하려면 궤도에 탑재물을 발사하는 데 비용이 적게 드는 무겁고 매우 무거운 재사용 가능한 발사체가 필요합니다. 그리고 여기에서 우리가 이미 위에서 보았듯이 모든 것이 슬프다.
완전히 재사용 가능한 Super Heavy 첫 번째 단계와 함께 완전히 재사용 가능한 Starship 우주선인 SpaceX의 가장 중요한 프로젝트를 제외한 모든 것.
재사용 가능한 슈퍼 헤비
Starship(이하 Starship + Super Heavy의 조합으로 Starship이라고 함)과 다른 모든 발사체의 차이점은 두 단계를 모두 재사용할 수 있다는 것입니다. 동시에 스타쉽의 저궤도 탑재량은 100톤, 즉 본격적인 초중량 로켓이다. Starship의 경우 SpaceX는 구성 요소를 완전히 가스화하는 새롭고 독특한 폐쇄 주기 Raptor 메탄-산소 엔진을 개발했습니다.
스타쉽 대 다른 초중량 발사체
SpaceX는 매우 성공적인 Falcon 9을 포함하여 모든 발사체를 Starship으로 교체할 계획입니다. 일반적으로 초중량 로켓을 발사하는 데는 100억 달러 정도의 비용이 많이 듭니다. 낮은 발사 비용을 유지하기 위해 SpaceX는 두 단계를 모두 여러 번 사용할 계획입니다. 이 경우 비용은 거의 100만 달러(출시당 최대 100만 달러)까지 감소합니다. XNUMX톤의 최대 하중을 고려하면 킬로그램당 약 XNUMX(!) 달러 수준에서 페이로드를 LEO로 가져오는 비용을 얻게 됩니다.
물론 반환 된 단계에는 유지 보수, 50 회 시동 후 엔진 교체, 연료 보급, 지상 서비스 비용이 필요하지만 Starship 자체 비용은 XNUMX 억 달러 미만일 가능성이 높으며 생산 및 유지 보수 기술은 지속적으로 향상 될 것입니다. 경험이 쌓이면 SpaceX.
재사용 가능한 XNUMX단계 Super Heavy 프로토타입 설치
실제로 Elon Musk는 Starship이 잠재적으로 킬로그램당 약 10달러의 탑재체 발사 비용을 달성할 수 있고 총 발사 비용은 1만 달러이며 달까지 화물을 운송하는 비용은 킬로그램당 약 1,5~20달러가 될 것이라고 말합니다. 그러나 이를 위해서는 스타쉽이 매주 출시되어야 합니다.
그런 볼륨을 어디에서 얻을 수 있습니까?
군대조차도 이미 민간 공간이있을 정도로 많은 양의 탑재량을 가지고 있지 않습니다. 시장 개발은 수십 년이 걸릴 것입니다.
화성의 식민지?
이에 대해 진지하게 이야기하는 것은 거의 불가능합니다.
달의 식민지화?
이미 가까워지면 Starship은 SLS를 "침몰"하고 미국인을 두 번째로 달에 보낼 수 있습니다. 그러나 이것은 수백, 수천이 아니라 수십 번의 발사입니다.
Super Heavy의 첫 번째 단계에 재사용 가능한 Starship 우주선 설치
그러나 SpaceX는 Starship을 사용하여 대륙 간 승객을 수송하는 화성에 식민지 개척자를 보내는 것보다 훨씬 더 현실적인 사업 계획을 가지고 있습니다. 뉴욕에서 도쿄까지 지구궤도를 비행할 경우 비행시간은 약 90분이 소요된다. 동시에 SpaceX는 비즈니스 클래스의 대륙 횡단 비행 비용 수준에서 현대 대형 여객기 수준의 운영 안정성과 비행 비용을 보장할 계획입니다.
화물도 같은 방법으로 배송할 수 있습니다. 예를 들어 미군은 이미 이 기회에 관심을 갖게 되었습니다. 한 번에 80톤의 화물을 운송할 예정이며, 이는 C-17 글로브마스터 III 수송기의 능력에 필적합니다.
총체적으로: 승객과 화물 운송, 미국 우주비행사를 달로, 그리고 아마도 태양계의 더 먼 물체로 운송, 상업용 우주선의 철수, 우주 관광 등 - SpaceX는 킬로그램당 최대 $100 수준이지만 페이로드를 회수하는 비용을 절감할 수 있습니다.
이 경우 스타쉽은 우주 탐사와 그 너머의 새로운 시대를 열어갈 것입니다.
전망 및 시사점
현재 스타쉽은 다소 의심스러운 시선으로 바라보고 있다. 모든 것이 종이에 아름다운 것처럼 보이고 SpaceX의 경험은 그 자체로 말하지만 어떻게 든 모든 것이 너무 장밋빛입니까?
때로는이 시스템의 잠재력이 미군의 지도자, NASA 경영진, 다양한 산업 분야의 기업 소유자 및 관리자에게 맞지 않는다는 느낌이 있습니다. 너무 오랫동안 우주에 작은 페이로드를 발사하는 것은 수백만 달러의 비용을 의미했습니다.
문제는 킬로그램당 100달러가 현실이 된다면 어떻게 될까요?
미 국방부의 지식인들이 군용 수송기로 수송하는 것보다 시뮬레이션된 탱크를 궤도에 던지는 것이 더 빠르고 저렴하다는 것을 이해할 때 항공 미대륙에서 유럽으로, 그들은 어떤 결론에 도달하게 될까요?
아니요, 우리는 달에서 Abrams를 볼 수 없지만 탱크는 목표물이 아니라 적에게 발사체를 전달하는 방법일 뿐입니다. 이 발사체를 궤도에서 직접 얻는 것이 더 쉽다면 어떻게 될까요? 미국이 (우주에서) 전략적 이점을 얻는다면 평화 우주 조약에서 얼마나 빨리 탈퇴할 것입니까? 미군은 얼마나 빨리 궤도로 이동하기 시작할 것입니까?
또한, Falcon-9 및 Falcon Heavy 형태의 탑재물을 궤도에 배치하는 기존 기능과 대량 위성 건설 기술이 결합되어도 LEO가 정찰, 명령 및 통신 위성으로 방해를 받기에 충분할 것입니다. 미국이 24일 365시간 행성의 표면을 감시할 것이라고 합니다. 대규모 지상군, 군사 그룹, 이동식 지상 기반 미사일 시스템은 잊어 버리십시오. 이 모든 것은 단지 목표물일 뿐입니다. оружия 비행 궤적 수정으로 장거리.
Starship의 성공으로 이 세트에 타격 공간 제대를 추가할 수 있게 되었으며, 요청을 받은 후 수십 분 이내에 목표물이 우주에서 타격을 받을 것입니다. 피할 수 없는 텅스텐 소나기가 순식간에 우주에서 떨어질 수 있다는 사실을 알고 확신할 수 있는 세계의 정치 지도자는 없습니다.
킬로그램당 100달러의 가격으로 제약 회사, 야금 회사, 광업 회사 등 게으르지 않은 모든 사람이 우주로 올라갈 것입니다. 우주 경제학에 대해서는 나중에 더 이야기하겠습니다. 가능하다면 궤도에서 화물을 저렴하게 발사하고 제거하면 우주가 새로운 클론다이크가 될 것입니다. 우리는 킬로그램 당 약 10 달러를 말할 수 있습니다 ...
바로 지금 우리 눈앞에서 인류 발전의 전환점이 될 역사적 사건이 벌어지고 있을 가능성이 높다.
이 프로세스를 멈출 수 있습니까?
어쩌면 이야기는 예측할 수 없습니다. 인간의 탐욕, 어리석음 또는 단순한 사고 - 일련의 실패는 가장 성공적인 사업을 묻을 수 있습니다. 수백 명의 사람들이 사망 한 몇 가지 주요 사고 우주선으로 충분하며 이미 XX 세기에 있었던 것처럼 우주 탐사 과정이 다시 심각하게 느려질 수 있습니다.
우주에서 일방적인 우위를 점한다면 미국은 지금보다 훨씬 더 공격적인 정책을 펼치기 시작할 것이다. 공간의 평등을 보장할 기회가 없다면 우리는 "핵 여행 가방"에 앉아 무슨 일이 생기면 우리 자신과 이웃, 그리고 다른 모든 사람들을 훼손하겠다고 위협하면서 북한 수준으로 추락할 수 있습니다. 이상한 이유로 일부 사람들에게 호소하기도 함).
이와 관련하여 현재 낙관적 인 상황이 아닌 우주 산업에 대한 관심을 높일 필요가 있습니다.
예를 들어, 초중량 발사체 "Yenisei" / "Don"의 프로젝트를 예로 들어 보겠습니다. 이 프로젝트에 대한 다양한 리더와 부서의 상호 배타적인 진술을 모두 살펴보는 것으로 충분하며, 아무도, 원칙적으로 자신이 왜 만들어지고 있는지, 그것이 무엇인지 알고 있으며 결국에는 그렇게 되어야 합니다. 이것이 다음 "Angara"이면 프로젝트를 지금 닫을 수 있습니다. 사람들의 돈을 쓸 가치가 없습니다.
동시에 중국은 가만히 있지 않습니다.
전통적인 발사체를 개발하는 것 외에도 미국의 경험을 적극적으로 연구하고 채택하는 데 주저하지 않고 직접 복사합니다. 모든 것은 국가 안보 문제에서 공정합니다.
국가 우주의 날에 중국 로켓 연구소는 XNUMX시간 이내에 행성의 한 지점에서 다른 지점으로 승객을 수송해야 하는 준궤도 로켓 시스템 프로젝트에 대해 이야기했습니다.
중국의 준궤도 운송 시스템, 뭔가 닮지 않았나요?
중국의 준궤도 운송 시스템 프레젠테이션
지금까지는 그림에 불과하다고 말할 수 있지만 중국은 다양한 과학 및 산업 분야의 리더를 따라 잡을 수 있는 능력을 반복해서 입증했습니다.
또한 러시아가 우주 산업의 혼란과 동요를 제쳐두고 목표를 명확하게 수립하고 어떤 수단을 써서라도 그 실행을 보장해야 할 때입니다.
중국과 러시아가 새로운 기술 수준에서 우주에서 미국과 경쟁할 수 있다면 저궤도는 시작에 불과하고 인류는 실제로 SF 소설의 페이지에서만 존재하는 새로운 시대에 진입할 것입니다.
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