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Title:
DEVICE FOR HOLDING DOWN MOVING ELEMENTS OF A SATELLITE, ESPECIALLY SATELLITE SOLAR GENERATORS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/056604
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is to provide a holding-down device which is economical to produce and to use and can be released with almost no shock effects, even in the presence of high prestresses. To this end, the inventive holding-down device (1) has at least one fastening ball (4) or at least one fastening bolt (14), which is/are each moveably lodged in a guide bore (9) that is positioned perpendicularly to the longitudinal axis of the holding-down bolt (2), which protrude(s) into an annular groove (3) of the holding-down bolt (2) for retention purposes and which is/are held in this position in the guide bore (s) (9) by a locking sleeve (5), against an active transversal component of the prestressing force (F). The holding-down bolt is released by a remote-controlled sliding of the locking sleeve (5). A recess (6) in the locking sleeve (5) is positioned over the opening of the guide bore (s) (9) that faces away from the annular groove so that the fastening balls or bolts can be pushed out of the annular groove (3) by the transversal prestressing component. The invention is suitable for holding down moveable elements of a satellite, especially satellite solar generators. A holding-down bolt (2) which holds the moveable element, especially a folded panel set, in place against a prestressing force (F) of the panel, is releasably retained. The folded panel set unfolds when and the retention of said holding-down bolt is released and the holding-down bolt is pulled out of the holding-down device as a result of the prestressing force.

Inventors:
ZIEGLER THORSTEN (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/000652
Publication Date:
September 28, 2000
Filing Date:
March 02, 2000
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
ZIEGLER THORSTEN (DE)
International Classes:
B64G1/22; B64G1/44; B64G1/64; (IPC1-7): B64G1/64; B64G1/44; F16B21/16
Foreign References:
US5098042A1992-03-24
US5364046A1994-11-15
US5520476A1996-05-28
US5771742A1998-06-30
US5061112A1991-10-29
FR2643683A11990-08-31
US3386138A1968-06-04
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche
1. Niederhalter für bewegliche Elemente eines Satelliten, insbesondere für Satelliten Solargeneratoren, mit einer ösbaren Arretierung eines Niederhaltebolzens (2), mit dem das bewegliche Element gehalten wird, insbesondere ein gefaltetes PanelPaket gegen eine Vorspannkraft (F) des Panels zusammengehalten ist, und sich bei einer Lösung der Arretierung des Niederhaltebolzens durch ein von der Vorspannkraft bewirktes Herausziehen des Niederhaltebolzens aus dem Niederhalter entfaltet, wobei der Niederhalter (1) mindestens eine Verschlußkugel (4) oder mindestens einen Verschlußbolzen (14) aufweist, die/der jeweils beweglich in einer lotrecht zur Längsachse des Niederhaltebolzens (2) angeordneten Führungsbohrung (9) aufgenommen ist/sind und die zur Arretierung in eine Ringnut (3) des Niederhaltebolzens (2) hineinragen und von einer Verriegelungehülse (5) gegen eine wirkende Querkomponente der Vorspannkraft (F) in dieser Position in der Führungsbohrung (9) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhaltebolzen durch ein ferngesteuertes Verschieben der Verriegelungshülse (5) freigegeben wird, wobei eine Aussparung (6) in der Verriegelungshülse (5) über die der Ringnut abgewandten Öffnung der Führungsbohrung/en (9) positioniert wird und dadurch die Verschlußkugeln/bolzen aus der Ringnut (3) von der Querkomponente der Vorspannkraft herausgedrückt werden können.
2. Niederhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschieben der Verriegelungshülse (5) von einem Magnetauslöser (10) bewirkt wird, der aus einem auf die Verriegelungshülse (5) einwirkenden Niederhaltemagneten (11) und einer steuerbaren Stromquelle (12) zur Speisung des Magneten besteht.
3. Niederhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschieben der Verriegelungshülse (5) von einem Sprengauslöser (15) bewirkt wird, der aus einem auf die Verriegelungshülse (5) wirkenden Expansionsraum (17), Gaseinlässen (20), mindestens einer Sprengladung (16) und einer Zündsteuerung (18) für die Sprengladung (16) besteht.
4. Niederhalter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über eine konstruktive Gestaltung der Oberflächen der Verschlußkugeln/bolzen (4,14), Wandfläche der Führungsbohrungen (9) und Innenfläche der Verriegelungshülse (5) die Reibkoeffizienten (1) und (, u3) zwischen diesen Oberflächen zur Erzielung einer geeigneten Verschiebekraft für die Verriegelungshülse (5) bei vorgegebener Vorspannkraft (F) eingestellt sind.
Description:
Niederhalter für bewegliche Elemente eines Satelliten, insbesondere Satelliten-Solargeneratoren Die Erfindung betrifft einen Niederhalter für bewegliche Elemente eines Satelliten, insbesondere Satelliten-Solargeneratoren, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Panel-Pakete von Satelliten-Solargeneratoren werden im zusammengefalteten Zustand über Niederhaltebolzen, die 16star in einem am Satelliten befestigten Niederhaltergehäuse arretiert sind, während der Start-und Flugphase des Satelliten zusammengedrückt.

Es ist bekannt, die Arretierung der Niederhaltebolzen dadurch zu 16sen, daß in dem Niederhalter eine von einer ferngezündeten Sprengladung angetriebene Schneide (ein sog.

"Pyrocutter") den Niederhaltebolzen abschert. Bei diesem Abschervorgang treten Schocklasten auf, die direkt in die Satellitenstruktur eingeleitet werden. Für das Halten von größeren Panel-Paketen sind stärkere Niederhaltebolzen erforderlich, bei denen ein in der bekannten Art ausgeführter Abschervorgang zu unerwünscht hohen Schockbelastungen führt.

Ein Niederhalter mit einem Pyrocutter ist außerdem sehr kostenaufwendig in der Herstellung und Anwendung. Für die in der satellitengestutzten Telekommunikation in großen Stückzahlen benötigten Kleinsatelliten spielt der Kostenaspekt von Komponenten eine nicht unbedeutende Rolle.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Niederhalter zu schaffen, der kostengünstig in der Herstellung und Anwendung ist und bei beweglichen Elementen, insbesondere bei Satelliten-Solargeneratoren, eine Auslösung ermöglicht, die auch bei größeren Vorspannkräften nahezu schockfrei erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelost. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung verwendet anstelle des Pyrocutters einen Kugel-oder Bolzenverschluß, der von einem Magnetauslöser oder von einer kleinen Sprengladung aktiviert wird.

Im Gegensatz zum Pyrocutter, der nur einmal verwendet werden kann, können mit einem Magnetauslöser beliebig viele Entfaltungsvorgänge mit der gleichen Hardware durchgeführt werden. Somit entfallen bei diesem Konzept auch die Beschaffungskosten für Ersatzteile, welche man bisher während der dem Startvorangehenden Tests für die Pyroschüsse beziehungsweise auf Systemebene benötigt hat. Vorteilhaft ist die Verwendung eines Magnetauslösers auch deshalb, weil die gleichen Ausiösemechanismen getestet werden, die auch in der Flugkonfiguration zum Einsatz kommen. Auch wird die Handhabung während der Tests dadurch erleichtert, daß nach einer Auslösung der Auslösemechanismus nicht mehr ausgetauscht werden muß.

Die Handhabung von Zündern und Sprengladungen für den Pyrocutter, z. B. bei den Tests oder beim Transport des Satelliten zur Abschußrampe, ist nur autorisierten Personen mit spezieller Ausbildung erlaubt. Selbst für die Lagerung dieser Bauteile müssen besondere Richtlinien befolgt werden. Zudem müssen für den Landtransport aufwendige Zollbestimmungen eingehalten werden und für das Bestimmungsland Exportlizenzen vorhanden sein.

Freiwerdende Partikel in der Form von Splittern beim Abscheren des Niederhaltebolzens oder RuBpartikel durch austretende Gase sind bei dem Auslösen eines Pyrocutters kaum zu vermeiden. Da mit der erfindungsgemäßen Lösung das Auslösen des Kugel-oder Bolzenverschlusses durch das Lösen eines Formschlusses erfolgt, werden bei dieser Variante in vorteilhafter Weise keine unerwünschten Partikel freigesetzt.

Sollte für einen bestimmten Satelliten ein Magnetauslöser nicht realisierbar sein, weil z. B die aus einer hohen Vorspannkraft resultierende Anzugskraft von geeigneten Niederhaltemagneten nicht aufgebracht werden kann, so kann in der erfindungsgemäßen Lösung die Auslösung des Kugel-oder Bolzenverschlusses auch über eine kleine

Sprengladung erfolgen. Die daraus resultierenden Schocklasten sind jedoch wesentlich geringer als diejenigen, die bei dem Auslösen eines Pyrocutters auftreten, denn in dieser Ausführungsform wird die Expansionsenergie nur für das Verschieben einer Verschlußhülse benötigt.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Die nachstehenden Figuren zeigen die Ausführungsbeispiele als Prinzipskizzen.

Fig. 1 zeigt einen Niederhalter mit Verschlußkugeln und Magnetauslöser im Haltezustand, Fig. 3 zeigt einen Niederhalter mit VerschluBbolzen und Magnetauslöser im Haltezustand, Fig. 4 zeigt einen Niederhalter mit VerschluBbolzen und Sprengauslöser im Haltezustand und Fig. 5 zeigt den in Fig. 4 dargestellten Niederhalter im Auslösezustand.

Der in Fig. 1 gezeigte Niederhalter 1 besteht aus einem Gehäuse mit einer darin befestigten Führungshülse 8, einer in dem Gehäuse beweglichen Verriegelungshülse 5, zwei Verschlußkugeln 4, einer Druckfeder 13 und einem Magnetauslöser 10 mit einem Niederhaltemagneten 11 und einer Stromquelle 12. Der Niederhalter 1 hä ! t einen Niederhaltebolzen 2 entgegen einer Vorspannkraft F, die von einem in Fig. 1 nicht gezeigten, zusammengefalteten Panel-Paket eines Satelliten-Solargenerators auf den Niederhaltebolzen 2 ausgeübt wird.

Der Niederhaltebolzen 2 wird von den Verschlußkugeln 4, die in eine rotationssymmetrische Ringnut 3 des Niederhaltebolzens 2 hineinragen, in dem Niederhalter 1 gehalten. Die Verschlußkugeln 4 sind in Führungsbohrungen 9 der im Niederhalter 1 starr angordneten Führungshülse 8 aufgenommen. Ein Herausdrücken der Verschlußkugeln aus der Ringnut durch eine von der Ringnut auf die Verschlußkugeln übertragene Querkomponente der Vorspannkraft F wird während des Haltezustandes durch die Verriegelungshülse 5 verhindert, welche die Führungshülse 8 umschließt. Die

Verriegelungshülse 5, die in dem Niederhalter 1 gleitend auf der Führungshülse gelagert. ist, ist dazu während des Haltezustandes in einer Position gehalten, in der sie ein Herausdrücken der Verschlußkugeln aus der Ringnut verhindert.

Fig. 2 zeigt den Auslösezustand des vorangehend beschriebenen Niederhalters. Zum Auslösen des Niederhaltebolzens 2 wird die Verriegelungshülse 5 von dem Niederhaltemagneten 11 des Magnetauslösers 10 gegen eine zwischen den Verschlußkugeln und der Innenfläche der Verriegelungshülse 5 wirkenden Reibungskraft und gegen dieWirkung der Druckfeder 13 auf der Führungshülse 7 so verschoben, daß eine ringförmige Aussparung 6 in der Innenfläche der Verriegelungshülse 5 über die Öffnungen der Führungsbohrungen 9 positioniert wird und dadurch ein Herausdrücken der Verschlußkugeln aus der Ringnut ermöglicht. Zum Verschieben der Verriegelungshülse wird der Niederhaltemagnet 11 von einer ferngesteuerten Stromquelle 12 mit Strom beaufschlagt. Der Magnetfluß des Niederhaltemagnetes 11 wirkt auf einen magnetisierbaren Einsatz 7 im Boden der Verriegelungshülse 5. Bei vollständig aus der Ringnut 3 herausgedrückten Verschlußkugeln 4 wird der Niederhaltebolzen 2 von der Vorspannkraft F aus dem Niederhalter 1 herausgezogen und gibt das Panel-Paket zur Entfaltung frei.

Die Druckfeder 13 dient zum Halten der Verriegelungshülse 5 in der VerschluBposition.

Während des Fluges können auf die Verriegelungshülse 5 Beschleunigungskräfte einwirken, welche die Verriegelungshülse aus der Verschlußposition drängen.

Demgegegenüber wirken die Reibungskräfte zwischen den Verschlußkugeln und der Innenflache der Verriegelungshülse 5. Eine Unterstützung dieser Reibungskräfte durch die Druckfeder 13 ist nur dann erforderlich wenn die Beschleunigungskräfte größer als die vorgenannten Reibungskräfte sind. Für den Fall, daß die Beschleunigungskräfte kleiner als die Reibungskräfte sind genügt eine schwache Druckfeder, welche nur die Aufgabe hat, die Verriegelungshülse 5 beim Einführen des Niederhaltebolzens gegen ihr Eigengewicht in der VerschluBposition zu halten.

Für das Halten eines Panel-Paketes mit einer Vospannkraft F von 8000 N kann der Niederhalter 1 beispielsweise gemäß der nachfolgend aufgelisteten Spezifikation ausgelegt sein : Durchmesser des Niederhaltebolzens 1 8,13 mm max. Zugfestigkeit des Niederhaltebolzens 1 1100 N/mm2 Tiefe der Ringnut 3 2,2 mm Durchmesser der Verschlußkugeln 4 4,5 mm max. Scherfestigkeit der Verschlußkugeln 4 595 N/mm2 Anzahl der Verschlußkugeln 4 2 Reibkoeffizient u. 1 zwischen Verschtußkugetn und Verriegelungshülse 0,1 Druckfeder 13 ca. 1 N Anzugskraft des Niederhaltemagneten 11 ca. 18 N Dabei ist angenommen, daß auf die Verriegelungshülse 5 in ihrer axialer Richtung max. eine Flugbeschleunigung von 25 g einwirkt und ihre Masse 150 gr beträgt. Unter diesen Annahmen ist die Druckfeder nur zum Halten der Verriegelungshülse 5 während des Einführens des Niederhaltebolzens 2 in den Niederhalter erforderlich und der Niederhaltemagnet muß zum Freigeben des Niederhaltebolzens hauptsächlich die Reibkraft zwischen den Verschlußkugeln und der Innenfläche der Verriegelungshülse überwinden ; die außerdem zu überwindende Federkraft beträgt in diesem Fall nur ca. 1 N.

Für eine kleinere Vorspannkraft F von z. B. 7000 N würde sich bei ansonsten-wie voranstehend angegeben-gleicher Auslegung des Niederhalters eine erforderliche Anzugskraft des Niederhaltemagneten 11 von 15 N ergeben.

Die vorangehend beschriebene Auslegung des Niederhalters 1 ist für das Halten von Panel-Pakten bis zu einer Vorspannkraft von 8000 N gut geeignet, da diese die Anzugskraft des Niederhaltemagneten in geeigneten Grenzen hält.

Soll der vorangehend beschriebenen Niederhalter auch für Vorspannkräfte > 8000 N Verwendung finden, so bietet sich zum Einhalten von geeigneten Anzugskräften für den Niederhaltemagneten eine Optimierung der bei der Auslegung sehr konservativ angesetzten Sicherheitsfaktoren an. Weiterhin könnte der Reibkoeffizient u. 1 zwischen den VerschluBkugeln und der Verriegelungshülse z. B durch eine molykotisierte innenfläche der Verriegelungshülse verbessert werden.

Die Anzahl der VerschluBkugeln 4 kann je nach Auslegungsfall von dem hier beschriebenen Beispiel abweichen.

Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, das gegenüber dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeipsiel anstelle von Verschlußkugeln 4 mit Verchlußbolzen 14 ausgerüstet ist, die in geeignet ausgebildeten Führungsbohrungen 9 der Führungshülse 8 gleitbar angeordnet sind. Bis auf die Verschlußbolzen 14 und der Ausgestaltung der Führungsbohrungen 9 stimmt der in Fig. 3 gezeigte Niederhalter in seinen Funktionen und im Aufbau mit dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispie ! überein und soll hier nicht noch einmal beschrieben werden ; ebenso wird deshalb auf eine zusätzliche Darstellung des Auslösezustandes dieser Variante verzichtet. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 1 bis 3 kennzeichnen übereinstimmende Bauteile.

Der Vorteil bei der Verwendung von Verschlußbolzen 14 liegt darin, daß diese in den Führungsbohrungen 9 gleiten und somit eine Reibungskraft zwischen den Führungsbolzen und der Wandfläche der Führungsbohrungen erzeugen. Da diese Reibungskraft der Querkomponente der Vorspannkraft F entgegenwirkt, ist bei gleicher Vorspannkraft F eine geringere Anzugskraft des Niederhaltemagneten 11 erforderlich. Bei einer vorgegebenen Anzugskraft für den Niederhaltemagneten kann ein Niederhalter mit gleitenden Verschlußbolzen im Vergleich zu einem Niederhalter mit Verschlußkugeln Panel-Pakete mit größeren Vorspannkräften F zuverlässig freigeben.

Für das Halten eines Panel-Paketes mit einer Vospannkraft F von 8000 N kann ein Niederhalter 1 gemäß Fig. 3 beispielsweise gemäß der nachfolgend aufgelisteten Spezifikation ausgelegt sein :

Durchmesser des Niederhaltebolzens 1 7,23 mm max. Zugfestigkeit des Niederhaltebolzens 1 1100 N/mm2 Tiefe der Ringnut 3 1,75 mm Durchmesser der Verschlußbolzen 14 5,00 mm max. Scherfestigkeit der Verschlußbolzen 14 595 N/mm2 Anzahl der VerschluBbolzen 14 2 Reibkoeffizient p1 zwischen Verschlußbolzen 14 und Verriegelungshülse 5 0,1 Reibkoeffizient ll3 zwischen Verschlußbolzen 14 und Führungsbohrung 9 0,3 Druckfeder 13 ca. 1 N Anzugskraft des Niederhaltemagneten 11 ca. 12 N Für die Auslegung der Druckfeder 13 sind wieder dieselben Bedingungen angenommen, wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß die Druckfeder 13 nur zum Halten der Verriegelungshülse 5 gegen ihr Eigengewicht während der Einführung des Niederhaltebolzens 2 dient.

Ein weiterer Vorteil dieser Variante liegt darin, daß der Niederhalter mit einfachen konstruktiven Änderungen, die den Reibkoeffizienten u. 3 zwischen den Verschlußbolzen 14 und der Wandfläche der Führungsbohrungen 9 betreffen, eine Abstimmung zwischen der Vorspannkraft F und der erforderlichen Anzugskraft des Niederhaltemagneten ermöglicht.

Dazu kann der Reibkoeffizienten u. 3 über eine konstruktive Oberflächenveränderung der Verschlußboizen 14 oder der Wandfläche der Führungsbohrungen, z. B. durch eine Molykotisierung, beeinflußt werden.

Sollte aus bestimmten Gründen, die durch das Gesamtsystem vorgegeben sein können oder die darauf beruhen, daß die für eine große Vorspannkraft F erforderliche Anzugskraft des Niederhaltemagneten mit zur Verfügung stehenden Magneten nicht realisierbar ist, so ist für die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele anstelle der Magnetauslösung auch eine Sprengstoffauslösung verwendbar. Die Freigabe des

Niederhaltebolzens erfolgt damit zwar nicht mehr volikommen schockfrei, jedoch ist die Schockbelastung wesentlich geringer als bei der Freigabe mit einem Pyrocutter.

Fig. 4 zeigt einen Niederhalter mit Bolzenverschluß und Sprengstoffauslösung im Haltezustand. Nachstehend sind gleiche Bezugszeichen für schon vorangehend beschriebenen Bauteile verwendet. Der Niederhalter besteht aus einem Gehäuse mit einer darin befestigten Führungshülse 8, einer in dem Gehäuse beweglichen Verriegelungshülse 5, zwei Verschlußbolzen 14, einem Sprengauslöser 15 mit einer Sprengladung 16 mit Zünder, einem Expansionsraum 17 mit Gaseinlässen 20 und einer Zündsteuerung 18. Der Niederhalter 1 hält den Niederhaltebolzen 2 entgegen einer Vorspannkraft F, die von einem in Fig. 4 nicht gezeigten, zusammengefalteten Panel-Paket eines Satelliten- Solargenerators auf den Niederhaltebolzen 2 ausgeübt wird.

Der Niederhaltebolzen 2 wird von den VerschluBbolzen 4, die in eine Ringnut 3 des Niederhaltebolzens 2 hineinragen, in dem Niederhalter 1 gehalten. Die Verschlußbolzen 14 sind in Führungsbohrungen 9 der Führungshülse 8 aufgenommen. Ein Herausdrücken der Verschlußbolzen aus der Ringnut durch eine von der Ringnut auf die VerschluBkugeln übertragene Querkomponente der Vorspannkraft F wird während des Haltezustandes durch die Verriegelungshülse 5 verhindert, welche die Führungshülse umschließt. Die Verriegelungshülse 5, die in dem Niederhalter 1 gleitend auf der Führungshülse 8 gelagert ist, ist dazu während des Haltezustandes in dem Niederhalter in einer Position gehalten, in der sie ein Herausdrücken der Verschlußkugeln aus der Ringnut verhindert.

Ein Absatz 19 und eine Druckfeder 21 halten die Verriegelungshülse 5 in der Halteposition.

Für die Auslegung der Druckfeder 21 gilt das gleiche Prinzip wie bei den voranstehend beschriebenen Niederhaltern mit Magnetauslöser.

Fig. 5 zeigt den Auslösezustand des vorangehend beschriebenen Niederhalters. Zum Auslösen des Niederhaltebolzens 2 wird die Verriegelungshülse 5 von dem Gasdruck der gezündeten Sprengladungen 16 gegen die Wirkung einer Reibkraft zwischen den Verschlußkugeln und der Innenfläche der Verriegelungshüise 5 auf der Führungshülse 8 so verschoben, daß die ringförmige Aussparung 6 in der innenfläche der Verriegelungshülse 5 über die Öffnung der Führungsbohrungen 9 positioniert wird und dadurch ein

Herausdrücken der Verschlußbolzen aus der Ringnut des Niederhaltebolzens ermöglicht.

Dazu werden die in die Sprengladungen 16 integrierte Zünder von der Zündsteuerung 18 aktiviert. Bei aus der Ringnut 3 herausgedrückten Verschlußbolzen 14 wird der Niederhaltebolzen 2 von der Vorspannkraft F aus dem Niederhalter 1 herausgezogen und gibt das Panel-Paket zur Entfaltung frei.

Der vorangehend beschriebene Niederhalter mit Sprengauslösung ist alternativ auch mit Verschlußkugeln 4 anstelle der beschriebenen VerschluBbolzen 14 ausführbar.

Zur Auswahl einer geeigneten Sprengladung bei vorgegebener Vorspannkraft F können auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Oberflächen der Verschluf3kugeln/-bolzen, Führungsbohrungen und Verriegelungshülse konstruktiv, z. B. durch Molykotisierung, angepaßt werden.




 
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