月面基础设施建造任务需求与关键技术调查分析

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作者 周诚 高玉月 +2 位作者 覃文波 乔金 丁烈云 《中国工程科学》 北大核心 2025年第4期220-233,共14页

月球探测目标转向“认识与利用并重”已是国际趋势,月面基础设施建造(LIC)将成为人类开发和利用月球的关键内容;我国也在开展月球基地建造的计划部署,需要系统梳理并科学研判LIC的重大任务需求与技术发展方向。本文依托跨领域的专家团队... 月球探测目标转向“认识与利用并重”已是国际趋势,月面基础设施建造(LIC)将成为人类开发和利用月球的关键内容;我国也在开展月球基地建造的计划部署,需要系统梳理并科学研判LIC的重大任务需求与技术发展方向。本文依托跨领域的专家团队,梳理并分析了主要航天大国的深空探测规划及研究文献,基于相关的文献计量数据形成了涵盖核心目标与支撑能力的LIC任务需求清单、LIC关键技术清单;基于上述清单设计了调查问卷,组织领域专家完成了调研工作,对问卷数据进行了深度挖掘与综合研判。提出了LIC核心任务与关键技术体系,识别出月面太阳能发电、制氧等基础设施优先建造任务以及月壤打印技术、月面原位钻探技术等关键技术环节,评估了技术成熟度、实现路径和相应发展瓶颈。构建的LIC任务与技术体系,为我国LIC能力布局提供了数据支持与方向指引,也为深空探测重大任务的阶段部署与资源配置提供了参考框架。 展开更多

关键词 深空探测 月球基地 月面基础设施建造 能源基础设施 选址规划

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地外建造研究进展与科学技术挑战 被引量：10

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作者 丁烈云 周诚 +1 位作者 高玉月 韩文彬 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期26-42,共17页

随着深空科学与深空探测技术的不断发展,NASA、ESA以及其他一些国家纷纷提出地外空间中长期驻留设想及其地外建造相关计划。该文梳理了国内外地外建造相关战略,系统分析了地外建造的概念内涵及其发展;总结了地外建造结构设计、材料制备... 随着深空科学与深空探测技术的不断发展,NASA、ESA以及其他一些国家纷纷提出地外空间中长期驻留设想及其地外建造相关计划。该文梳理了国内外地外建造相关战略,系统分析了地外建造的概念内涵及其发展;总结了地外建造结构设计、材料制备和建造工艺装备三方面研究进展;进而分析指出地外建造关键科学技术挑战。期待更多的学者关注地外建造这一新的研究领域,为我国深空探测贡献土木工程学科智慧。 展开更多

关键词 地外建造 极端环境 资源利用 结构设计 材料成形

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地外原位资源利用任务需求与关键技术调查研究

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作者 周诚 覃文波 +2 位作者 高玉月 乔金 丁烈云 《中国工程科学》 北大核心 2025年第4期234-246,共13页

随着航天技术的跨越式发展,地外原位资源利用(ISRU)正从前沿构想转向工程实践;ISRU技术作为深空探测能力体系建设的重要战略支撑,将重构未来深空探索范式,孕育出以地外原位资源为载体的新兴太空经济业态。本文旨在开展地外ISRU任务需求... 随着航天技术的跨越式发展,地外原位资源利用(ISRU)正从前沿构想转向工程实践;ISRU技术作为深空探测能力体系建设的重要战略支撑,将重构未来深空探索范式,孕育出以地外原位资源为载体的新兴太空经济业态。本文旨在开展地外ISRU任务需求与关键技术调查,基于文献调研、专家评估等方法,首次构建了地外ISRU“资源-产品”任务需求清单和地外ISRU关键技术清单,系统评估了ISRU任务的实施路径和技术发展方向。基于对地外ISRU关键技术成熟度、应用时间、发展水平与制约因素的分析,研究指出,我国地外ISRU技术实现的峰值时间将集中在2031—2036年;技术应用限制与基础设施缺乏是制约地外ISRU开发的重要因素,反映出在实际应用过程中技术应用场景匹配不充分、技术验证设施建设滞后等问题;面向未来,地外ISRU将聚焦水冰资源、月壤与火星土壤资源、气体资源、废弃物资源以及矿产资源的开发与利用等五大重点任务,以及资源勘探、原位制造与原位建造、资源开采、产品和消耗品的储存、资源加工等5方面的关键技术。本研究可为制定我国地外资源利用顶层规划提供支撑数据,推动我国深空探测可持续发展。 展开更多

关键词 原位资源利用 资源勘探 资源开采 地外建造 月球基地

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面向空中造楼机施工工艺的数字化路径

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作者 郭丰毅 刘世平 +2 位作者 付爽 徐健 孙峻 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第9期3840-3850,共11页

空中造楼机的出现,大幅提升了高层建筑作业的环境和效率,同时也面临着施工作业难度增大和施工工艺复杂化的挑战。随着建筑业数字化转型的不断深入,对于提高高层建筑施工的效率和质量而言,造楼机施工工艺的数字化表达显现为一种直观而清... 空中造楼机的出现,大幅提升了高层建筑作业的环境和效率,同时也面临着施工作业难度增大和施工工艺复杂化的挑战。随着建筑业数字化转型的不断深入,对于提高高层建筑施工的效率和质量而言,造楼机施工工艺的数字化表达显现为一种直观而清晰的解决方案。它能显著提升施工过程的透明度,优化资源配置,同时增强项目管理的决策支持能力。构建了一种造楼机施工工艺数字化表达的有效路径,旨在推动高层建筑施工向智能化管理迈进。通过理论基础和实地调研分析,明确了造楼机施工工艺数字化表达的需求,据此设计了一套造楼机施工工艺的数字化表达实现框架。研究结果不仅为造楼机施工工艺的数字化转型提供了理论指导,也为知识图谱、交互式电子技术手册、三维数字化定义(model-based definition,MBD)技术、增强现实(augmented reality,AR)技术等在施工领域的应用拓展了新的视角。 展开更多

关键词 造楼机 施工工艺 路径设计 数字化表达

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盾构掘进姿态控制技术研究现状与未来展望 被引量：4

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作者 陈珂 刘天瑞 杨钊 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第6期1154-1164,共11页

为系统地分析我国盾构掘进姿态控制技术的研究进展,基于知网检索到的32篇相关文献,总结盾构掘进姿态的主要表征参数和影响因素,并以盾构液压推进系统为例论述其控制原理。同时,结合盾构姿态智能控制的部分案例,总结PID控制、自适应控制... 为系统地分析我国盾构掘进姿态控制技术的研究进展,基于知网检索到的32篇相关文献,总结盾构掘进姿态的主要表征参数和影响因素,并以盾构液压推进系统为例论述其控制原理。同时,结合盾构姿态智能控制的部分案例,总结PID控制、自适应控制、模糊控制、基于神经网络的控制和基于智能算法的控制等技术的优劣势及应用场景。基于以上分析,对盾构姿态控制技术的发展方向进行展望。研究发现:1)盾构掘进姿态的影响因素主要包括几何参数、地层参数和盾构掘进参数。2)由于盾构推进系统需要同时完成盾构向前推进和姿态调整等复杂任务,因此该系统的参数对盾构姿态有着很大的影响,是姿态控制的关键因素之一。3)相较于传统PID控制方法,智能控制方法与PID控制的结合可以提高系统的响应速度、精度、适应能力和鲁棒性。4)未来研究可以围绕基于多源数据融合的控制算法、构建数据-机制混合驱动的控制技术以及加强控制技术在实际工程中的实用性等方面展开,实现更精准、更高效的盾构掘进姿态控制。 展开更多

关键词 盾构掘进 姿态控制 PID控制 自适应控制 模糊控制 神经网络 智能算法

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月面建造结构的微流星体撞击防护分析研究与展望

6

作者 周诚 李雄彬 +1 位作者 高玉月 周燕 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1337-1349,共13页

为应对微流星体的超高速撞击对未来月球基地带来的巨大挑战和威胁,概述了微流星体环境对月面结构所带来的潜在危害,梳理和归纳了不同的月面防护结构类型及其组成、建造方式和特点等,并重点分述了微流星体对月面防护结构撞击作用的3种分... 为应对微流星体的超高速撞击对未来月球基地带来的巨大挑战和威胁,概述了微流星体环境对月面结构所带来的潜在危害,梳理和归纳了不同的月面防护结构类型及其组成、建造方式和特点等,并重点分述了微流星体对月面防护结构撞击作用的3种分析方法,分析了不同月面防护结构抵御微流星体超高速撞击的防护效果,同时总结了不同的月面防护结构超高速撞击分析方法的局限性,最后提出了结论,并对未来的研究方向进行了展望,为未来月面建造结构的防护设计、模拟试验和分析计算等提供一定的参考和借鉴。 展开更多

关键词 微流星体环境 月面防护结构形式 防护性能 超高速撞击

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火星原位建造材料研究进展与展望

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作者 程杉杉 佘伟 +3 位作者 高玉月 周燕 文世峰 周诚 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期511-524,共14页

火星风化层作为一种重要的原位自然资源,在火星基础设施建设上具有重要作用.基于与地球上不同的火星极端环境与火壤特殊性质,系统研究了火星原位建造材料的物理特征与机械性质,重点分析了火壤类混凝土材料(具体包括含硫混凝土、聚合物... 火星风化层作为一种重要的原位自然资源,在火星基础设施建设上具有重要作用.基于与地球上不同的火星极端环境与火壤特殊性质,系统研究了火星原位建造材料的物理特征与机械性质,重点分析了火壤类混凝土材料(具体包括含硫混凝土、聚合物混凝土、地聚物混凝土与水凝胶基混凝土)、火壤熔融与烧结原位固化材料两个方面的最新研究进展.尽管目前火星原位建造材料的研究已取得一定成果,但仍面临诸如聚合物混凝土原位制备困难、熔融与烧结过程能耗较大,以及在火星环境下建造材料服役性能不足等局限问题.根据火星原位建造材料在未来的发展方向,研究结果旨在积极推进对火星原位建造材料的深入研究,为实现火星原位建造提供借鉴与参考. 展开更多

关键词 火星风化层 原位资源 混凝土 熔融 烧结

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载人月球建造场地平整遥操作预测控制模型研究

8

作者 尤轲 周燕 周诚 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第5期645-651,共7页

针对载人月球建造预测控制模型建立困难的问题,将遥操作控制数据与深度学习模型相结合,以实现对土方施工机器人工作过程的预测控制。基于操作人员远程控制土方施工机器人的历史数据,构建场地平整施工过程控制数据集;结合深度学习的理论... 针对载人月球建造预测控制模型建立困难的问题,将遥操作控制数据与深度学习模型相结合,以实现对土方施工机器人工作过程的预测控制。基于操作人员远程控制土方施工机器人的历史数据,构建场地平整施工过程控制数据集;结合深度学习的理论和方法,构建了基于LSTM网络的预测控制模型。实验结果表明:在土方施工机器人的前进阶段,操作手柄左右方向的预测控制结果误差最小为4.8%。提出方法能够实现有经验操作手的专家知识复用,实现复杂施工环境中场地平整遥操作的预测控制。 展开更多

关键词 月球建造 预测控制 遥操作 深度学习

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面向原位资源利用的火星基地建造选址分析

9

作者 程杉杉 高玉月 +1 位作者 周燕 周诚 《深空探测学报(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第6期538-550,共13页

面对火星的极端环境,系统梳理了火星基地选址的关键考量因素,通过对火星表面水冰、矿物、大气、能源等原位资源的分布与可利用性分析,结合着陆缓冲技术、地形勘察技术、建造运维技术等与基地建造相关的工程要素综合评估,详细探讨了火星... 面对火星的极端环境,系统梳理了火星基地选址的关键考量因素,通过对火星表面水冰、矿物、大气、能源等原位资源的分布与可利用性分析,结合着陆缓冲技术、地形勘察技术、建造运维技术等与基地建造相关的工程要素综合评估,详细探讨了火星撞击坑、峡谷与槽沟、平原与高地等地形类型的选址策略。依托火星探测任务积累的丰富数据,深入总结了以往所提出的备选着陆区的环境特征,为基地选址提供了多维度的参考。同时指出了面向原位资源利用火星基地选址面临的局限,以期为今后火星基地的选址规划提供参考。 展开更多

关键词 火星基地 原位资源利用 着陆区选址

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SLM成形梯度体积分数镍钛合金Gyroid点阵结构

10

作者 李毅 王晓强 +3 位作者 陈志桥 周燕 文世峰 史玉升 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第4期1179-1194,共16页

通过选区激光熔化技术成形的点阵结构因其优异的抗冲击性能和能量吸收性能在航空航天、机械装备和生物医学等领域受到广泛关注。在本工作中,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同体积分数的均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构,利用有限元... 通过选区激光熔化技术成形的点阵结构因其优异的抗冲击性能和能量吸收性能在航空航天、机械装备和生物医学等领域受到广泛关注。在本工作中,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同体积分数的均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构,利用有限元模拟对Gyroid点阵结构的成形精确度、压缩特性及其在受压变形过程中的应力分布进行了系统研究。结果表明:该点阵结构的压缩曲线可以分为三个阶段,即弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和结构逐层失效阶段;随着体积分数的增大,SLM成形梯度sheet型Gyroid点阵结构吸收总能量增加,Gyroid点阵结构的压缩模量和屈服强度也逐渐增大;在压缩载荷作用下,均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构的应力主要集中于倾斜曲面间的连接区域;随着梯度点阵结构局部体积分数梯度减少,应力集中更加严重;随着梯度点阵结构梯度范围增大,梯度点阵结构形成的应力梯度区间增大;均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构压缩断裂行为均为脆性断裂。 展开更多

关键词 NITI合金 Gyroid点阵结构 激光选区熔化 力学性能 有限元模拟

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NASA月球到火星战略架构的解析 被引量：2

11

作者 夏一峰 高玉月 周诚 《空间科学学报》 北大核心 2025年第1期15-28,共14页

基于月球、火星探测任务具有总体规模庞大、任务开展周期长、任务执行难度高等特点.美国国家航空航天局下属多个机构联合发布了美国“月球到火星战略架构”定义文件,以此指导其月球探测与火星探测任务的开展.根据美国国家航空航天局建... 基于月球、火星探测任务具有总体规模庞大、任务开展周期长、任务执行难度高等特点.美国国家航空航天局下属多个机构联合发布了美国“月球到火星战略架构”定义文件,以此指导其月球探测与火星探测任务的开展.根据美国国家航空航天局建立的“月球到火星战略架构”,即M2M战略目标体系,对其战略架构系统实施阶段典型任务以及架构评估准则进行了分析.针对M2M战略架构定义文件中战略目标的定义与分类、任务实施阶段的系统功能需求以及战略架构评估准则进行了深入分析,进而归纳论述了基于解析“月球到火星战略架构”获得的发展思考,研究成果可为中国未来空间探测任务的顶层战略路径规划与月球及火星探测总体计划的制定提供参考. 展开更多

关键词 月球探测 火星探测 战略规划 月球建造 地外建造

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沉浸式钢架雪车滑行仿真系统研究与实现

12

作者 王子宁 罗诗江 +1 位作者 陈维亚 骆汉宾 《系统仿真学报》 北大核心 2025年第1期145-154,共10页

钢架雪车作为冬季奥运会的滑行项目之一,具有滑行速度快、赛道复杂、危险性高的特点,为降低在实际滑行过程中产生事故的风险,应用虚拟现实技术构建了一套沉浸式钢架雪车滑行仿真系统。基于激光扫描获取的点云数据进行现有赛道建模,实现... 钢架雪车作为冬季奥运会的滑行项目之一,具有滑行速度快、赛道复杂、危险性高的特点,为降低在实际滑行过程中产生事故的风险,应用虚拟现实技术构建了一套沉浸式钢架雪车滑行仿真系统。基于激光扫描获取的点云数据进行现有赛道建模,实现在虚幻4引擎中构建虚拟场馆赛道与钢架雪车滑行运动模型;通过动作捕捉采集数据实现模拟滑行力学操控输入,并获取模拟滑行钢架雪车姿态,通过六自由度振动台反馈给使用者。该系统可实现安全条件下的钢架雪车模拟滑行,为运动员提供熟悉赛道、安全训练的手段。 展开更多

关键词 虚拟现实 运动仿真 钢架雪车 动作捕捉 赛道三维重构

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基于变分模态分解和深度学习算法的污水出水水质预测

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作者 梅丹 张恒 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第9期67-74,82,共9页

准确预测出水水质对于污水处理厂的节能降耗具有重要意义。近年来,以废水处理仿真基准模型1号(BSM1)为代表的机理模型和各种深度学习算法被广泛运用于污水处理厂出水水质预测。然而,出水水质具有复杂的非线性关系,现有的预测模型通用性... 准确预测出水水质对于污水处理厂的节能降耗具有重要意义。近年来,以废水处理仿真基准模型1号(BSM1)为代表的机理模型和各种深度学习算法被广泛运用于污水处理厂出水水质预测。然而,出水水质具有复杂的非线性关系,现有的预测模型通用性较差。基于此,提出一种基于变分模态分解(VMD)和4种深度学习算法的预测框架。通过变分模态分解方法将水质序列分解后,引入综合评价指标(CEI)为分解后的子序列寻求预测性能最好的算法,最后叠加各子模型的预测值得到最终的预测结果。以湖北省武汉市的一座污水处理厂出水化学需氧量(COD)浓度为例进行实例验证,结果表明,所提出的模型较单一模型在预测性能上达到了最佳效果,均方根误差(RMSE)达到了0.485。 展开更多

关键词 水质预测 变分模态分解 综合评价指标 最优子模型选择 深度学习算法

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建筑工人心理负荷智能诊断与精准干预研究

14

作者 邢雪娇 张永成 +3 位作者 方鑫 钟波涛 武超 上官佳兵 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第5期124-131,共8页

为及时高效地诊断建筑工人心理负荷,支持以心理负荷为核心变量的建筑工人不安全行为管理,基于认知视角构建建筑工人心理负荷隐患智能诊断与精准干预的方法模型。首先,辨识心理负荷影响因素,并分析心理负荷视角下建筑工人不安全行为致因... 为及时高效地诊断建筑工人心理负荷,支持以心理负荷为核心变量的建筑工人不安全行为管理,基于认知视角构建建筑工人心理负荷隐患智能诊断与精准干预的方法模型。首先,辨识心理负荷影响因素,并分析心理负荷视角下建筑工人不安全行为致因路径。在此基础上,构建建筑工人心理负荷隐患智能诊断与精准干预模型,并对心理负荷动态识别分析方法、心理负荷干预管理知识结构化解析、心理负荷隐患个体智能推理等关键技术进行阐述。最后,基于心理负荷认知实验案例,对模型的有效性进行验证分析。研究结果表明:基于对生物信号的实时监测与分析,可有效实现对高心理负荷个体的智能诊断与精准干预。研究结果可为建筑施工安全管理提供有益方法参考和决策支持。 展开更多

关键词 建筑工人 心理负荷 不安全行为 智能诊断 干预管理

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基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法 被引量：2

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作者 刘天瑞 陈珂 +1 位作者 谢平 陈健 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第16期6845-6853,共9页

为综合考虑岩土参数的空间变异性以及前期地质勘查所获取钻孔数据的确定性,提升基坑开挖变形风险评估的准确性,提出基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法。所提方法利用克里金(Kriging)理论和随机场理论,生成考虑地勘钻孔数据的约... 为综合考虑岩土参数的空间变异性以及前期地质勘查所获取钻孔数据的确定性,提升基坑开挖变形风险评估的准确性,提出基于约束随机场的基坑开挖变形概率评估方法。所提方法利用克里金(Kriging)理论和随机场理论,生成考虑地勘钻孔数据的约束随机场,并结合数值分析和蒙特卡洛(Monte-Carlo)方法建立基坑开挖的概率评估模型,分析参数空间变异性对基坑开挖引起的环境效应和围护结构变形的影响规律。与传统确定性分析和基于传统随机场的概率分析进行对比,结果表明:基于约束随机场的概率分析方法能够很好地避免传统确定性分析低估风险以及传统随机场方法高估风险的问题,从而更合理地评估工程风险。研究成果可以为进一步制定基坑开挖风险的应对措施提供有益参考。 展开更多

关键词 基坑开挖 约束随机场 概率分析 空间变异性 地表沉降 地连墙侧移

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月基装备自主路径规划研究与展望 被引量：3

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作者 王中旭 鲁亚楠 +2 位作者 周燕 文世峰 周诚 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2023年第6期11-24,共14页

考虑到月面极端环境的复杂性和探月高昂的成本,使用高自动化的月基装备来担任月面探测、物资运输、基地建设等任务是最佳选择。月基装备的自主移动依赖路径规划,因此,基于月面极端环境和复杂地形对月基装备自主移动造成的影响,针对月基... 考虑到月面极端环境的复杂性和探月高昂的成本,使用高自动化的月基装备来担任月面探测、物资运输、基地建设等任务是最佳选择。月基装备的自主移动依赖路径规划,因此,基于月面极端环境和复杂地形对月基装备自主移动造成的影响,针对月基装备的自主路径规划问题,阐述了4类全局路径规划的常用算法,即启发式算法、基于采样的算法、基于图搜索的算法和人工智能算法,以及两种主要的局部路径规划方法,即基于视觉的路径规划方法和基于激光雷达的路径规划方法。归纳总结了国内外现有月基装备自主路径规划方法的优缺点与应用场景,展望了月基装备自主路径规划的发展趋势,为未来月基装备自主移动系统的设计和应用提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 月基装备 自主移动 路径规划算法 月面地形 避障算法

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