盘点NASA的2016：揭秘未知

国外航天 · 2017-1-1 09:06:31

来源：NASA中文爱好者团队　　在2016年中，NASA推动了在技术，科学，航空学与空间探索上的进步，这些进步增长了知识，加强了创新，提升了对地球的管理能力。“过去的一年，我们在空间探索上取得了创纪录的进步，”NASA局长Charles Bolden说，“我们提升了在太阳系里走得更远的能力，同时我们增加了对地球和宇宙的观测，对于如何在宇宙中继续生活工作也有了新的认知，当然，我们也在激励下一代领袖承担起火星之旅的责任，做出属于他们的新发现。”

图中描绘的是划过木星的Juno号木星探测器。探测器展开了太阳能面板，主天线遥指远方的太阳和地球。　　Credits： NASA/JPL-Caltech　　一：太阳系和远方　　向着太阳系最大的行星航行了将近5年之后，NASA的Juno号木星探测器终于在2016年7月4日成功进入了木星轨道。Juno会在木星复杂的云层下进行探测，通过研究木星的极光，了解这颗行星的起源，构造，大气层和磁层。返回到地球的数据和图像会由NASA的空间网络收集，这些资料预计会让科学家在今后几年中都保持忙碌状态。　　2016年9月8日NASA首枚小行星采样任务（asteroid sampling mission）的成功发射开始了一段可能刷新我们对早期太阳系理解的旅程。航天器全名叫做源光谱释义资源安全风化层辨认探测器（the Origins， Spectral Interpretation， Resource Identification， Security-Regolith Explorer， OSIRIS-REx），设计初衷是用于接近并研究小行星Bennu，然后于2023年携带一份样本返回地球。　　在2016年2月，NASA局长Bolden和宇航局的科学家与工程师一起讨论了NASA的下一个大太空天文台，詹姆斯-韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope），所需做的下一步工作，我们也得以在望远镜最后一块主镜片安装完成后看到整体镜头的珍贵影像。迄今为止体积最大功能最强的太空望远镜已经准备好于2017年被运送到NASA的约翰逊宇航中心（Johnson Space Center）进行测试，最终的组装与发射将安排在2018年。　　经过数年的准备性研究，NASA终于在2016年正式启动了帮助揭开宇宙秘密的天体物理学任务。任务名称是大视场红外巡天望远镜（Wide Field Infrared Survey Telescope， WFIRST），它能帮助研究人员揭开暗能量与暗物质的秘密，探索宇宙的进化史。WFIRST还会发现太阳系外的新世界——通称为系外行星（exoplanets）——推进宜居行星的搜索进程。　　2016年5月，NASA的开普勒任务（Kepler mission）核实了1284个新行星——迄今为止最大的一次系外行星发现结果——这一数字是开普勒目前已确认的行星数量的两倍还多。这一发现给予了科学家希望，也许某处有颗星球正围绕着恒星旋转，就像我们的地球一样，在那儿我们终将找到另一个地球。针对开普勒太空望远镜的7月候选行星名单的分析结果显示，潜在行星又增加了4302个。　　天文学家通过NASA哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）看到了木星卫星欧罗巴（Europa）表面疑似喷发的水蒸气留下的羽毛状痕迹。欧罗巴上的海洋里有两倍于地球海洋的水量，这颗卫星被认为是太阳系中最有可能存在生命的地方。　　5月的新发现说明已知的40亿年前太阳爆发事件有可能是地球上生命的起源。

艺术家描绘了NASA开普勒太空望远镜目前已发现的星球景象。　　就像把探测器送进飓风里一样，NASA在2016年5月宣布首次成功发射4枚磁层多尺度（Magnetospheric Multiscale， MMS）航天器，航天器穿过了宇宙中一个不可见的被称为磁重联（magnetic reconnection）的漩涡。MMS目前还保持着一项吉尼斯世界纪录，从世界最高的43500英里（约70000公里）高空发回了GPS信号。　　NASA的卡西尼号航天器（Cassini spacecraft）进入了它传奇旅程的最后一年。这篇传奇的科学史诗终将在2017年9月画上句号，在此之前航天器会首先完成一个分两个阶段进行的收官任务。11月30日，卡西尼号会开始为期20周的F环轨道航行，正好穿过主环最外侧。卡西尼号最后的任务——伟大的终章——将于2017年4月开始。　　NASA的新视野号（New Horizons mission）任务在2016年10月实现了一个主要里程碑，它飞越冥王星的时候——从2015年7月开始存储在数字记录器上——最后一部分数据终于安全抵达地球。　　2016年6月，新视野号任务获准奔赴与深处柯伊伯带中名为2014MU69的天体在2019年的相会。1月，NASA宣布正式将一个进行中的探测追踪近地天体（near-Earth objects， NEOs）的项目命名为行星防御协调办公室（the Planetary Defense Coordination Office， PDCO）。该办公室会监控所有由NASA资助的，发现并描绘飞过地球轨道的小行星和彗星的项目。它也会应对任何可能发生的冲击威胁时，在机构间与政府间的协调上起到牵头作用。10月，一系列近地小行星（near-Earth asteroids， NEAs）的发现使得人类发现的小行星总数达到15000个的里程碑，目前总数仍在以每周平均30个新增的速度增加。　　二：国际空间站　　NASA宇航员，第46次长期任务指挥官Scott Kelly和他的俄罗斯同行Mikhail Kornienko结束了在国际空间站历史性的340天太空任务后，于2016年3月1日返回地球。这项史无前例的任务以另一种方式在科学家手中延续着，通过研究分析本次任务的数据，科学家能推进NASA对于火星之旅所必须的长期载人飞行的理解与准备。　　国际空间站仍然是世界上最重要的轨道实验室，在服役的16年里，人类不断开展关键性研究，论证了新的技术，也让地球从中受益。最近，宇航员Peggy Whitson加入了空间站的团队，2017年2月她将成为第一个两次指挥这个轨道前哨基地的女性宇航员。当她的任务结束的时候，Whitson将成为在太空中逗留时间最长的美国宇航员，超过Jeff Williams在2016年创造的534天的纪录。　　在2016年的四次任务中，NASA的商业货运合作伙伴Orbital ATK和SpaceX向国际空间站运输了超过24000磅（约10886公斤）的重要补给物资，包括宇航员的补给物资与设备，用以支持在空间站进行的上百次重要科学实验和技术论证。

（2016年1月22日）一年任务成员NASA的Scott Kelly（左）和俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）的Mikhail Kornienko（右）在2016年1月21日庆祝他们在太空中连续逗留的第300天。最终总计在国际空间站待了340天的两位宇航员帮助科学家理解了人体在长期处于失重条件下的变化。Kelly手中拿的是在太空中生长的百日菊，这是国际空间站植物实验的一部分。　　Credits： NASA　　相关实验包括第一次和第二次太空船火灾实验（Saffire-I， Saffire-II），为人类提供了在无人探索器中研究火焰的新方法，实验还包括首次在太空中为超过10亿组DNA排序。　　NASA开始了首次可扩展部件的测试，2016年4月比奇洛可扩展活动模块（Bigelow Expandable Activity Module， BEAM）被送上了空间站，5月完成充气膨胀。BEAM为期2年的测试任务将决定宇航员是否能在深空任务中使用类似结构的模块，宇航员每年会进入其中几个小时，收集传感器数据，评估内部环境。　　贯穿整个2016年，来自NASA，波音和SpaceX的数以百计的工程师与技术人员共同合作完成了商用太空运输系统最后的设计，生产和测试，载人航天器的发射终将回归美国本土。商业载人计划正在地球上紧锣密鼓地开展，空间站上的重要准备工作也在有条不紊地进行，包括第一个国际对接接口的运输与安装，这将使未来的宇航员可以乘坐波音的CST-100宇宙飞船和SpaceX的载人“龙”（Dragon）飞船抵达空间站。　　NASA还签订了未来货运补给合同以确保2019年至2024年期间重要的科学研究和与火星之旅相关的技术论证能被送上国际空间站。　　三：火星之旅　　未来深空任务的候选宇航员将于2017年夏天抵达NASA开始他们的训练。超过18300人申请加入NASA的宇航员课程，这也是NASA最大的一次宇航员招募行动。参加总人数是之前纪录的两倍。　　NASA的火星之旅计划最新进展是向这颗红色星球发射最新的机器人探测器，同时将完成的关键任务还有空间发射系统（Space Launch System， SLS）和猎户座（Orion）航天器的首次飞行，计划于2018年下半年在NASA位于佛罗里达州升级后的肯尼迪宇航中心（Kennedy Space Center）发射。　　NASA米秋德装配厂（Michoud Assembly Facility）的工人完成了SLS核心阶段燃料箱的焊接工作，我们也成功测试了固体火箭助推器（solid rocket booster）和RS-25引擎，它们将为火箭的太空之旅提供动力。猎户座航天器正在有条不紊地推进，经历了几次溅落区测试（splashdown test），降落伞测试（parachute test）和在太平洋上的回收测试（recovery test）。2016年9月，将在2018年的测试飞行中保护猎户座航天器的挡热板运抵肯尼迪宇航中心。　　2016年3月，NASA圆满完成了针对肯尼迪宇航中心翻新计划的复审。今年，工人升级了发射台上的一系列系统，在久负盛名的飞行器装配大楼（Vehicle Assembly Building）里竖立起了新的平台，为SLS和猎户座的发射做好准备。　　SLS的首次任务也将把13颗小卫星（CubeSats）送入太空，这些小卫星作为次要载荷将完成科学与技术上的小实验，为未来人类探索深空铺平道路。NASA目前正在想办法在第二次飞行中增加一个额外载荷，以及与未来小行星重定向任务（Asteroid Redirect Mission）合作的机会。这些努力来源于NASA的成功，展现了通过空间站和其他发射任务部署类似小卫星，以用于商业，教育，技术与科学活动的需求。　　2016年8月，NASA选择了6家企业共同开发地表原型与概念栖息地，在未来可能长达数月或数年的太空旅程中，人类没有来自地球的物资补给时，将会需要这些栖息地。

SLS是一种先进的重型大推力火箭，能为科学和人类在地球轨道外的探索活动提供全新的可能性。　　Credits： NASA　　同样在2016年8月，NASA批准了ARM进入下一个阶段，机器人任务部分，的设计和开发。NASA位于加州帕萨迪那的喷气动力实验室（Jet Propulsion Laboratory）正在征集机器人航天器的设计稿，计划于2017年签订开发合同。　　火星之旅的两个机器人任务在2016年跨过了里程碑：洞察号（InSight）火星探测器获批于2018年发射，火星2020漫游者号（Mars 2020 rover）获批进入最终设计与建造阶段。　　2016年7月，NASA选择了5家公司研究未来潜在的火星轨道飞行器，它们将被用于完成通讯和全球高分辨率成像的任务。　　2016年7月，NASA选择了5家公司研究未来潜在的火星轨道飞行器，它们将被用于完成通讯和全球高分辨率成像的任务。　　2016年11月，研究人员利用火星勘测轨道飞行器（Mars Reconnaissance Orbiter， MRO）的数据发现火星乌托邦平原（Utopia Planitia）下有大量冰沉积，其中含有与地球上最大淡水湖苏必利尔湖一样多的水。MRO还利用它的高清摄像头观察了几处未来机器人任务和人类任务可能的着陆地点。同时，火星科学家还在继续调查火星上被称为季节性斜坡线的黑暗线条，寻找这一现象背后包含的关于红色星球存在液态水的信息。

第38次长期任务成员拍摄了一组NanoRacks的小卫星，这些小卫星由连接在日本机器臂末端的NanoRacks发射器完成部署。小卫星项目包括一系列实验，例如地球观测和高级电子测试。　　Credits： NASA　　好奇号火星探测器（Curiosity rover）在火星岩石中发现的化学物质说明红色星球的大气中的氧气含量一度超过当前水平。好奇号还第一次就地研究了另一个星球上的活跃沙丘，发现了在地球上没见过的波浪状图案。火星探测器还在继续发回惊人的图像，包括一张奇怪的铁陨石近照和莫瑞孤峰群（Murray Buttes）的照片，让人想起美国西部的国家公园。好奇号现在能为它的激光光谱仪选择岩石目标，这是行星任务中这类器械的首次应用。　　好奇号和从2004年运行至今的机遇号火星探测器（Opportunity rove）在2016年11月都成功进行了无线电中继测试，通过刚到达的欧洲火星微量气体探测器（European Trace Gas Orbiter）上NASA提供的无线电向地球发回了一个信号，也增强了支持火星探索任务的国际通讯网络。　　四：航空学　　在2016年，NASA技术创新的历史中留下的丰富航空学研究成果又增加了几项：帮助飞机节省燃料，减少气体排放以及更安静地飞行——这其中还包括让超音速飞行回归商用市场。超音速飞行的设计原型设计被称为QueSST——宁静超音速技术（Quiet Supersonic Technology）的简称——于2016年开始研究，目标是实现在超音速飞行时不出现音爆现象的飞行器新形态。　　在相关记录中，NASA已表明将于航空工业共同开展长期研究计划，并与2016年开始恢复设计，建造并试飞几款原型机——或被称为X飞机——以展示几项关键性环保技术的方式，希望借此实现这些技术更快地被行业采纳。这些都是新航空视野（New Aviation Horizons）计划的一部分，这个10年计划已包含在奥巴马政府于10月1日开始执行的2017新财年预算中。　　2016年，NASA近10年中第一架正式编号的X飞机揭开了神秘面纱。X-57“麦克斯韦”（Maxwell）是一台搭载了14个螺旋桨的通用航空用飞行器，每个螺旋桨都由内置在独特设计的机翼中的独立电动马达驱动。X-57的首次飞行计划安排在2018年3月。　　NASA的航空创新者与政府和行业伙伴一起在夏洛特的道格拉斯国际机场揭开了新研究实验室的面纱。空域技术验证-2（airspace technology demonstration， ATD-2）实验室是一个5年测试研究的一部分，该研究着眼于在全国航空系统中提高飞机起飞到达效率，改进地面综合系统以提高安全性和效率，降低燃油使用。　　技术上的进步可以作为在有管制和无管制的空域安全操控无人飞行器系统（Unmanned Aircraft Systems， UAS），俗称为无人机（drones）的一部分。利用NASA的伊卡纳（Ikhana）无人机与虚拟的和真实的“入侵者”（intruder）飞行器实现的复杂飞行测试在今年夏天展开，在有管制的国家空域测试复杂的“发现并躲避”（detect and avoid）技术。

图中是洛克希德-马丁的未来超音速概念机，三个引擎分别位于机翼下和机身上部（图中不可见）。　　2016年4月，NASA的工程师和来自美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration， FAA）全国6个无人机测试场地的操作人员在NASA的无人机交通管理（UAS traffic management， UTM）研究平台上同时放飞了22个无人机进行田野飞行，这是首次也是最大规模的同类演示。　　着眼于为明日的挑战提供革命性，NASA选择了5个环保科技概念作为研究方向，包括可替代性燃料电池，利用3D打印增加电动马达输出，用锂电池作为能量储备，在飞行过程中变换机翼形状的新技术，以及在设计和开发飞行器天线时使用一种叫做气凝胶的轻型材料。　　五：地球　　今年，新的地球科学任务带领我们继续研究复杂的星球，从最高的大气层直到其最核心。NASA与美国海洋暨大气总署（National Oceanic and Atmospheric Administration， NOAA）和欧洲伙伴一同在2016年1月启动了一项海洋卫星任务，将在未来25年内记录全球海平面上升的数据。来自Jason-3任务的数据将用于改善天气，气候和海洋的预测，包括协助NOAA的全国天气服务，以及其他全球天气与环境预报机构更准确地预测热带气旋的强度。　　2016年11月，NASA成功为NOAA发射了地球同步气象卫星（Geostationary Operational Environmental Satellite-R， GOES-R）中的首颗卫星。GOES-R会提升全国气象观测能力，实现更准确更及时的预报，观测和预警。　　NASA还推动了一项新技术的进步，以便我们更好地理解全球范围内的飓风情况。飓风全球导航卫星系统（Cyclone Global Navigation Satellite System， CYGNSS）任务于2016年12月15日发射。它是一个独特的小卫星星座，帮助我们改善对于飓风风力，轨迹和风暴潮的预测能力。　　2017年NASA会向国际空间站发射两个地球观测部件，作为运行中的轨道空间实验室的一部分，研究我们日益变化的星球。来自NASA朗格里研究中心（Langley Research Center）的平流层气溶胶和气体实验-3（Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III， SAGE III）让NASA获得了观测地球臭氧层，记录其恢复过程的新方法。马歇尔航天飞行中心（Marshall Space Flight Center）的闪电成像传感器（Lightning Imaging Sensor， LIS）能测量全球绝大多数地区云层中和云层地面间的闪电情况，数据将有助我们更好理解闪电与天气及相关现象之间的关系。两个部件会长期持续记录地球运行数据。

计划搭载Jason-3海洋卫星的SpaceX猎鹰9号火箭正被运往加州范登堡空军基地（Vandenberg Air Force Base）的航天发射操作台4-东，为2017年1月17日的发射做好准备。　　Credits： SpaceX　　NASA于2002年发射的重力恢复与气候试验（Gravity Recovery and Climate Experiment）双子卫星是第一个能提供陆地液态水存储量趋势量化数据的工具。任务最新的测量结果于2016年2月公布，数据使研究人员首次测算出如果气候变化，将有多少存储于陆地上的水会流入大海导致海平面上升。　　NASA和美国国际发展署（U.S。 Agency for International Development， USAID）将他们今年共同支持的SERVIR环境监控中心网络从发展中国家扩展到西非。　　六：技术　　NASA的航天技术任务局为空间机器人生产和组装计划选择了3家公司。这一计划将推动整个系统从概念到技术的成熟，预期将颠覆我们在低地轨道（low-Earth orbit）设计部署航天器和大型空间设备的方式，例如增材制造（additive manufacturing），机器人，自动化，以实现航天器结构系统在轨生产和组装。　　NASA的太阳能动力推进计划（Solar Electric Propulsion project）正在开发关键技术，为去往火星和小行星的太空旅行提供更安全更高效的能量。2016年4月，一个外包商Aerojet Rocketdyne签订了一份为期3年的合同，开发一个飞行推进系统的主要部件，包括在即将到来的飞行演示任务中提供4个部件。　　2016年7月，NASA的改变游戏规则的发展（Game Changing Development， GCD）项目成功向国际空间站发射了一个独立的石蜡基换热器（wax-based heat exchanger）。这个新的换热器能够抵消热量，更好地管控例如猎户座航天器可能经历的温度。项目的目标是在飞行验证阶段提供在空间中的表现数据，以考虑在NASA的探索任务-2（Exploration Mission-2）中使用，这也将是猎户座和SLS的首次载人任务。　　NASA的技术转移项目（Technology Transfer program）在2016年继续以惊人的效率与工业，学校以及其他政府机构分享技术成果，以便让使用者更简单更快捷地享受NASA在航空学研究上的投资所带来的好处。NASA的专利赠与计划于2016年5月启动，几十项NASA拥有的专利被允许在公共领域使用，这样一来，政府开发的技术也能不受限制地免费供商业使用。另外，一个可搜索的数据库目前也已上线，其中列出了几千项之前由NASA所有，现在已免费开放给所有人的专利技术。

图中显示了NASA在加州帕萨迪纳喷气推进实验室开发的最新太阳能电力推进器，推进器将使用氙离子提供推力。早期的版本被用于NASA的小行星带黎明任务（Dawn mission）。这个引擎将作为小行星计划（Asteroid Initiative）的一部分，这项提案计划用机器人捕捉一个小型近地小行星，将其安全地引导到地月系统中的一个稳定轨道里，这样宇航员可以到访并探索该小行星。照片是在JPL测试氙离子引擎的真空房间舷窗里拍摄到的。　　七：公共参与　　通过参加公开活动，今年超过两百万民众有机会与NASA的代表进行互动，这些活动包括西南偏南艺术节（South by Southwest），美国科学与工程节（USA Science and Engineering Festival），精华节（Essence Festival），芝加哥空气与水展（Chicago Air and Water Show），星际迷航50周年纪念：纽约任务（Star Trek 50th Anniversary： Mission New York）以及全国范围内的地球日活动。超过400万人通过NASA的社交媒体了解到了这些活动。　　NASA全球知名的官方网站，nasa.gov，在2016年再次被人民之声奖（People’s Voice）评为网站类奖项中最佳政府网站。这是NASA官网第八次获得人民之声奖，也是自2015年重新设计后获得的第四个设计奖项。网站的流量仍旧稳定增长，相比2015年的数字提升了20%，日均访问量刚好超过30万。网站依旧在接受客户的满意度打分，这一项上NASA排在所有政府网站中的前列。　　NASA的社交媒体在2016年存在感极强。官方推特账号目前拥有超过2千万粉丝，是美国政府机构中最多的，在整个推特平台上也能排入前100名。NASA还有政府机构中最多的1800万Facebook主页点赞。在NASA电视之外，宇航局还在Facebook上第一次直播了火箭发射，吸引了超过80万人关注。在国际空间站中执行任务的过程中，#太空中的一年（YearInSpace）宇航员Scott Kelly在太空中主持了NASA首次推特聊天室，Reddit有什么想问我（AskMeAnything， AMA），Tumblr答案时间（Answer Time）和Facebook问答环节（Q&A）。在回到地球后，Kelly又主持了另一次Facebook直播，NASA也正式启动了Snapchat官方账号。本月，NASA正式启用Pinterest和GIPHY官方账号。NASA还主持了15次NASA Socials活动，为超过1000名通过社交媒体关注NASA的粉丝提供了独特的亲身体验机会。　　八：大众科学，奖励与挑战　　2016年里，NASA共发布了28项挑战，收到来自将近122000位参与者提交的超过5000份提案，并为此提供了总额120万美元的现金奖励。8位NASA的民间科学家作为合著者出现在一篇同行评议的论文上。NASA发布了一款最您的全球观察者（GLOBE Oberserver）应用以便民间科学家跟踪他们本地环境的变化，以及一个能让公众参与到对太阳系最大行星木星的探索中去的新方法。　　NASA与美国机械工程师学会（American Society of Mechanical Engineers）合作成功举办了2次面向学生的未来工程师3D打印设计大赛（Future Engineers 3-D printed design competitions for students），星际迷航复刻挑战（Star Trek Replicator）和脑洞挑战（Think Outside the Box challenge）。今年夏天，2014年未来工程师太空工具设计挑战（2014 Space Tool Design Future Engineers challenge）的冠军见证了他设计的多用途工具在空间站打印出来。NASA的协同创新卓越中心（Center of Excellence for Collaborative Innovation， CoECI）成功举办了7次NASA实验室挑战巡回赛（NASA Tournament Lab challenge），最终民间开发的国际空间站进食追踪应用（Food Intake Tracker）成功出现在国际空间站的iPad上，供宇航员使用。　　NASA的百年挑战赛（Centennial Challenge）发起了两项新项目：血管组织挑战赛（Vascular Tissue challenge）希望利用可再生药物帮助人类在长期太空旅行中生存，太空机器人挑战（Space Robotics challenge）的目标则是打造能在火星之旅中帮助人类的机器人。NASA为赢得采样机器人往返挑战赛（Sample Robot Return challenge）的西维吉尼亚大学颁发了75万美元的奖金。另外，总额达30万美元的奖金颁给了在立方体挑战（Cube Quest）的两轮比赛中得分最高的团队。　　九：STEM教育协作　　NASA继续着与其他政府机构，行业伙伴与教育机构的合作，为全美的学生和老师提供接触科学，技术，工程和数学（science， technology， engineering and math， STEM）的独特机会。今年NASA共为12个非正式教育组织提供了将近1300万美元的奖励，以激励下一代科学家和工程师。NASA也在继续推进与学生相关的项目，例如MUREP计划（Minority University Research and Education Project）以及向111名学生提供了奖学金与研究基金，其中包括通过航空奖学金（Aeronautics Scholarships）与高级STEM培训与研究奖学金（Advanced STEM Training and Research Fellowships）向14名学生提供的超过80万美元的奖学金。NASA在全国的机构中为1734名学生提供了实习机会。　　作为NASA鼓励教育下一代科学家，数学家，探索者的努力，也为了纪念在上世纪70年代的美国社会和NASA冲破枷锁的非裔美国女性，教育办公室为K12教育者开发了一套现代人物（Modern Figures）教具，并于12月1日在朗格里研究中心（Langley Research Center）组织了一次数字学习网络活动，讲述即将上映的电影Hidden Figures背后的故事。

2017年的脚步近了，NASA中文团队祝学子们学业有成，上班族们工作顺利，家人们身体健康，小伙伴们胸怀宇宙天地宽。

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