DE2812915C2 - Geschoß mit Laser - Google Patents

Geschoß mit Laser

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DE2812915C2 DE19782812915 DE2812915A DE2812915C2 DE 2812915 C2 DE2812915 C2 DE 2812915C2 DE 19782812915 DE19782812915 DE 19782812915 DE 2812915 A DE2812915 A DE 2812915A DE 2812915 C2 DE2812915 C2 DE 2812915C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Geschoß mit Laser zur Erzeugung mindestens eines vom Geschoß ausgehenden Strahlungsbündels, wobei der Laser mittels eines abbrennenden pyrotechnischen Leuchtsatzes gepumpt ist und die Lichtaustrittsfiäche des Lasers oder eines daran angeschlossenen Lichtleiters derart im Bereich der Geschoßspitze angeordnet ist, daß das Strahlungsbündel im wesentlichen in Richtung der Geschoßachse für die Anleuchtung des voraussichtlichen Aufschlagpunktes und/oder für die Geschoßbahnmarkierung austritt, gemäß Patent 27 44 401.
Ein derartiges Geschoß gemäß dem Hauptpatent hat den Vorteil, daß es eine leichte kompakte und kostengünstige, aber sehr strahlungsintensive Lichtquelle in form des pyrotechnisch gepumpten Lasers aufweist, so daß ein oder mehrere Strahlungsbündel entweder zur Flugbahnmarkierung für die Geschoßbahnverfolgung durch ein Feuerleitgerät und/oder für die Anieuchtüng des Zielgebietes bzw. die Zielsuche durch das Geschoß ausgesendet werden können. Eine Modulierung bzw. Pulskodierung der Strahlung ist mit einfachen Mitteln möglich.
Bei den im Hauptpatent beschriebenen Ausführungs-
Formen ist der Laser mit dem pyrotechnischen Leuchtsatz in dem Geschoß selbst untergebracht Dies hat den logistischen Nachteil, daß neben konventionellen Geschossen besondere, mit Laserleuchtquelle ausgerüstete Geschosse hergestellt und bereit gehalten werden müssen bzw. daß eine Umrüstung vorhandener Geschosse durch Anbringung der Laserleuchtquelle nicht oder nur unter hohen Kosten möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Geschoß mit Laser gemäß dem Hauptpatent anzugeben, welches unter Verwendung eines konventionell hergestellten Geschosses beliebiger Art durch einen einfachen nachträglichen Umrüstvorgang erhalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Laser und der pyrotechnische Leuchtsatz in einem Gehäuse angeordnet sind, das als eine an der Spitze eines Geschosses nachträglich befestigbare, an die Form dieses Teils angepaßte Einheit ausgebildet ist
Es wird somit erfindungsgemäß eine zur Verwendung mit Geschossen angepaßte, preisgünstige und kompakte Lasereinheit zur Verfugung gesteht die je nach den militärischen Erfordernissen an vorhandener Gescuossen angebracht werden kann, um diese mit einer für Bahnverfolgung und/oder Zielsuche besonders geeigneten, gegen Täuschstrahler unempfindlichen Leuchtquelle auszurüsten. Durch die Formgebung des Gehäuses und seine Anbringung an der Geschoßspitze wird einerseits das aerodynamische Verhalten des Geschosses nicht beeinträchtigt und andererseits die Lasereinheit vor den Heckabgasen einer Rakete oder der Treibsatzexplosion eines Artilleriegeschosses geschützt. Von besonderem logistitischen Vorteil ist es, daß kompakte autonome Lasereinheiten bereitgehalten werden können, die an vorhandenen Geschossen auch noch unmittelbar vor deren Abschuß angebracht werden können. Es entfällt dadurch z. B. die Notwendigkeit besondere Munition für den Nachtkampf bereitzuhalten.
Weitere voreilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
AusFühru..gformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine auf einer Geschoßspitze befestigte Lasereinheit gemäß der Erfindung.
F i g. 2 zeigt ein Detail an der Außenfläche der Lasereinheit mit verschiedenen Formen /on Auslaßöffnungen.
F i g. 3 und 4 zeigen im L ängsschniit zwei andere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Lasereinheit.
F i g. 5 und 6 zeigen Schnittansichten entsprechend der Linie V-V bzw. VI-VI von F i g. 3.
In F i g. 's ist mit 1 ein Laseranbausatz bezeichnet, der auf die Spitze eines Geschosses 2 aufgesetzt und daran (mit hier nicht dargestellten Mitteln) befestigt werden kann und selbst wiederum eine einer Geschoßspitze entsprechende Form hat. Das Gehäuse des Anbausatzes 1 besteht aus einem vorderen, spitz zulaufenden, z. B. konischen Gehäuseteil 16 und aus einem hinteren, im wesentlichen zylindrischen Gehäuseteil 3 mit einer inneren, der Form der Geschoßspitze 2 entsprechenden Ausnehmung 24. Der hintere Gehäuseteil;3jst:an-der Außen- und Innenseite mit einer;Auskleidung 4 aus Hitzebeständigem Material, insbesondere keramischem Werkstoff versehen, die hohe Temperatur, etwa 1800:bis 25000C ungefährdet aufnehmen kann, welche bei Verbrennung des ringförmig angeordneten pyrotechnischen Leucht- und Brenii!,atzes 5 entstehen. Der Brennsatz 5 kann, wie im Hauptpatent ausgeführt, aus einer für Leuchtgeschosse oder Feuerwerkskörper bekannten Mischung mit solchen Farbzusätzen bestehen, die ein auf dit- benötigte Pumpfrequenz des Lasers besonders abgestimmtes Licht erzeugen.
Der pyrotechnische Leuchtsatz 5 wird mittels einer dünnen Zündschicht 6 gleichzeitig an seiner ganzen Oberfläche gezündet die ihrerseits durch einen Zünder 7 gezündet werden kann. Als Zünder 7 können beliebige bekannte Zünder verwendet werden, vorzugsweise ein Zünder, der auf plötzliche hohe Beschleunigng von einigen Tausend G, wie sie beim Abfeuern des Geschosses auftritt anspricht Der Zünder 7 kann ebenfalls ringförmig ausgebildet Kein, oder es können mehrere Zünder 7 in einem Kranz konzentrisch zur Geschoßachse angeordnet sein. Die Zündschicht 6 sowie der pyrotechnische Leuchtsatz 5 sind so gewählt daß sie nicht explosionsartig, sondern mit kontrollierter, der gewünschten Leuchtdauer des Lasers entsprechender Reaktionszeit abbrennen. Vor der Brennfläche des pyrotechnischen Leuchtsatzes 5 befindet sich eine Brennkammer 12, die durch ein Sieb, Gitter od. dgl. von einem ww-.teren Expansionsraum 12' getrennt ist. Das Gitter oder Sitb 13 hält grobe Leuchtsatz- oder Ascheteilchen zurück und bewirkt eine gewisse Hitzeabschirmung, läßt aber sowoh! Licht, das von dem bei der Verbrennung entstehenden Plasma, d. h. de.i Metallicinen erzeugt wird, wie auch die heißen Verbrennungsgase bzw. das Plasma selbst in den Raum 12, durch, aus welchem die Gase dann durch Auslaßöffnungen entweichen können, die im Bereich Z in der Gehäusewand des Anbausatzes 1 vorgesehen sind.
F i g. 2 zeigt verschiedene mögliche Gestaltungen von Austrittsöffnungen 8, 9, 10,11. Insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsgeschossen wird man die Form und Anordnung der öffnungen den besonderen aerodynamischen Bedingungen des hohen Überschallbereichs anpassen. Auch v/ird man die öffnungen in solcher Verteilung rund um (den Umfang des Anbausatzes 1 anordnen und z. B. nach hinten geneigt ausbilden, daß die austretenden Gase längs der äußeren Geschoßwandung entlangströmen und durch Beeinflussung der Grenzsctnchtreibung der Umgebungsluft geschwindigkeitserhöhend für das Geschoß wirksam werden. Die Verweildauer des Gases bzw. Plasmas in der Brennkammer 12 bzw. dem Ausdehnungsraum 12' sollte so ben-.essen sein, daß eine optimale Ausnutzung der entstehenden Lichtenergie für das Pumpen des Lasers erzielt wird. Insbesondere sollte die Verweildauer mindestens gleich der Halbwertzeit der Rekombination der Leuchtionen betragen. Die Verweildauer des Plasmas bzw der Gase, bevor diese teils durch den entstehenden Oberdruck, teils bei Drallgeschcrssen durch die Zentrifugalkraft aus den öffnungen 8, 9, 10, 11 entweichen, kann durch geeignete Querschnittsbemessung dieser öffnungen sowie auch durch die Durchlässigkeit des Gitters 13 beeinflußt werden, in erster '. '.nie aber durch die Z'isammeiisetzung des Leuchtsatzes selbst.
Im vorderen Teil 16 des Gehäuses ist konzentrisch zur Achse der stabförmige Laser 17 angeordnet und z. B. mittels Kappt .118,18' gehaltert. Es kann sich insbesondere urr einen Festkörperlaser aus geeignet dotier-
einer in einem Rohr eingeschlossenen'Dye-Flüssigkeit handeln. Der Laser 17 ist von einem transparenten Füllmaterial 15 umgeben, welches z. B. auch als Vergußmasse ausgebildet sein kann und den Raum zwischen dem Laser 17 und derlnnenfläche des vorderen Gehäuseteils
16 ausfüllt, die eine Innenverspiegelung 25 trägt. Zwischen der Brennkammer 12,12' und dem vorderen Gehäuseteil 16 befinden sich eine oder mehrere Schutz- und Filterscheiben 14,14'. 14" aus einem hitzebeständigen Material, die heiße Gase und Wärmestrahlung vom Laser 17 fernhalten sollen und mittels gas- oder luftgefüllter oder' evakuierter Zwischenräume auch eine Wärmeleitung zum Laser 17 hin verhindern sollen. Eine oder mehrere dieser Scheiben 14, 14', 14" ist als optisches Filter ausgebildet, um nur den als Pumpfrequenz für den Laser nutzbaren Lichtanteil durchzulassen.
Das durchgelassene Pumplicht wird durch die Innenverspiegelung 25 des vorderen Gehäuseteils 16 auf den konzentrisch angeordneten Laser 17 konzentriert. Für das transparente Füllmaterial 15 wird vorzugsweise ein solcher Brechungsindex gewählt, der von dem des Lasers 17 abweicht, daß an der Grenzfläche eine Brechung des Lichtes und dadurch seine Umlenkung in die Achsrichtung des Lasers 17 erfolgt.
Der durch dieses Pumplichi zum Lasern angeregte Laser 17 ist an seinen Enden mit den Resonatorspiegeln 21, 22 versehen, von denen der vordere Spiegel 21 teildurchlässig ist, so daß das Laserlicht nach vorne in Form eines Laserstrahls 23 bestimmter Divergenz abgestrahlt wird. Das vordere Austrittsfenster ist mit einer Abdekkung 20 versehen, die auch ats Optik ausgebildet sein kann, um die Divergenz des Laserstrahls 23 auf einen gewünschten, in der Regel geringen Wert einzustellen. Je nach Verwendungszweck kann die Optik bei 20 aber auch so gestaltet sein, daß ein möglichst breit gefächerter Strahl austritt, eventuell auch mit spalt- oder streifenförmigem Austrittsquerschnitt oder ähnlicher Charakteristik, die bei rotierendem Geschoß über eine energetische Mittelpunktbiidung eine besonders einfache optische Zielpunktbestimmung ermöglicht.
Die Ausführungsform gemäß Fig.3 ist ähnlich der von F i g. 2, und gleiche oder einander entsprechende Teile sind m» gleichen Bezugszeichen bezeichnet Ein Unterschied zu der Ausführungsform nach F i g. 1 besteht darin, daß der Hohlraum 40 zwischen dem Laser
17 und dem vorderen Gehäuseteil 16 nicht mit einer transparenten Füllmasse gefüllt, sondern leer und an seiner Basis durch eine transparente Scheibe 39, die auch als optisches Filter ausgebildet sein kann, abgeschlossen. Ferner sind die transparenten hitzebeständigen Scheiben 14, 14' an anderer Stelle und in anderer Weise angeordnet als in Fig. 1. Der hauptsächlichste Unterschied besteht jedoch darin, daß der Laser 17 sein Laserlicht nicht nur nach vorne, sondern auch nach hinten abstrahlt Zu diesem Zweck ist auch das hintere Ende des Lasers 17 nur halbdurchlässig verspiegelt und über geeignete Übeigangselemente43 an Lichtleiter 44, 44' angekoppelt die zwischen dem vorderen und hinteren Gehäuseteil 16,3 radial nach außen geführt sind und dort an der Außenseite vorstehende, nach hinten abgebogene Austrittsenden 45 aufweisen, aus denen Laserlichtstrahien 26 mit geringer Divergenz mehr oder weniger parallel zu den Mantellinien des Geschosses austreten. Wie dargestellt springt vorzugsweise der vordere Gehäuseteil 16 in Radialrichtung etwas über den hinteren Gehäuseteil 3 vor, so daß eine Schulter gebildet wird, unter der die Lichtleiterenden 45 austreten.
Bei Drallgeschossen wird ein einzelner Lichtleiter 45 genügen, da wegen des dann um das Geschoß umlaufenden Lichtaustritts immer eine Geschoßbahnverfolgung möglich ist Bei durch Leitflächen stabilisierten, nicht rotierenden Geschossen oder Projektilen wird man mehrere, mindestens drei Auskopplungen mittels Lichtleitern 45 gleichförmig um den Umfang verteilt anbringen, um in jeder beliebigen Geschoßlage mindestens eine Lichtaustrittsstelle für den Kontakt mit dem Flugbahn-Verfolgungsgerät zu halten. In Fig-6. sind verschiedene mögliche, alternativ verwendbare Anordnungen von Lichtleitern 45', 46,47,48,49 dargestellt, ebenso in Fig.5 in Untersicht die Austrittsenden von z. B. runden Lichtleitern 45,46,47 oder im Querschnitt rechteckigen Lichtleitern 49.
Auch die Ausführungsform nach F i g. 4 entspricht im Aufbau weitgehend der nach Fig. 1, wobei innerhalb des vorderen Gehäuseteils 16 wiederum ein transparenter Füllkörper 15 angeordnet ist, der den Laser schützend umgibt, der in diesem Fall aus mehreren Laserabschnitten 17,17', 17" unterteilt ist mitteis Zwischenräumen 71, TV iund Verbindungsmuffen 70, 70', wodurch sich entsprechend den Längenabmessungen der Abschnitte 17, 17'. 17" bestimmte Resonanzeigenschaften ergeben. Der Austritt des Laserlichts in Rückwärtsrich-
* j /-> ι :„* :„ j: c-u ι:«: » -J„n
ZV lung uca \_rc3i.iiis3aGO tat in uicociii ι au ois ιι*αιιοιι*ι t, uau
das hintere, teilverspiegelte Ende des Lasers über geeignete rotationssymmetrische Brechungskörper 51, 62 an einen scheibenförmigen transparenten Lichtleitkörper 50 angekoppelt ist, der am Übergang zwischen dem vorderen und hinteren Gehäuseteil 16, 3 schullerartig vorspringt und ein nach hinten gerichtetes, rund umlaufendes Lichtaustrittsfenster bildet, aus dem das Laserlicht, begünstigt durch eine unter 45° geneigte Randverspiegeluny 5Γ, als ringförmiger Strahl 28 mit geringer Divergenz abgestrahlt wird. Im oberen Teil von F i g. 5 ist die Untersicht auf das vom Rand des Lichtleitkörpers 50 gebildete ringförmige Austrittsfenster dargestellt.
Im hinteren Gehäuseteil 3 sind die hitze- und wärmebeständigen Schutz- und Filterscheiben 14, 14' wicderum in einer etwas anderen Art als bei den vorhergehenden Ausführungsformen angeordnet. Außerdem zeigt F i g. 4 eine Möglichkeit der Befestigung des gesamten Laseranbausatzes an der Spitze des Geschosses 2, nämlich mit einer in der konischen Ausnehmung 24 des Gehäuses vorspringenden Einrastkugel 53, die durch eine Feder 52 belastet ist und in eine Ringnut 54 der Geschoßspitze 2 einrastet. Selbstverständlich können mehrere solche Einrastverschlüsse um die Geschoßachse verteilt angeordnet sein und mit der gleichen Ringnut 54 zusammenwirken. Andere konstruktive Möglichkeiten für Schnapp- oder Einrastverschlüsse zur Befestigung der Laseranbaueinheit 1 an der Geschoßspitze sind für den Fachmann ohne weiteres auffindbar.
Die Erfindung ist nicht notwendigerweise auf einen
so Laser im engeren Sinne des Wortes beschränkt, d. h. darauf, daß Resonanz des emittierten Lichtes durch Reflexion an Spiegeln an den Laserenden und dadurch eme vervielfachte Induzierung der Elektronenübergänge in den Grundzustand auftritt Vielmehr ist im Rahmen der Erfindung auch die Verwendung eines pyrotechnisch gepumpten sogenannten Superstrahlers möglich, bei dem die Lichtemission durch spontane Elektronenübergänge aus den durch das sehr intensive Pumplicht sehr reichlich besetzten höheren Niveaus in den Grundzustand erfolgt Der einen Superstrahier vom eigentlichen Laser unterscheidende Verlust an Kohärenz des ausgesendeten Lichtes ist für die meisten der im Rahmen der Erfindung beabsichtigten Anwendungen, bei denen es hauptsächlich auf intensives monochromatisches Licht ankommt unerheblich.
Es kann somit ein langgestreckt ausgebildetes Lasermaterial 17 verwendet werden, das an beiden Enden Spiegel, von dessen Länge auf Resonanz abgestimmt ist
oder aber ein Lasermaterial mit z. B. nur einem Spiegel am einen, insbesondere dem rückwärtigen Ende. Auch eine Unterteilung des Lasermaterials in mehrere auf Resonanz abgestimmte Abschnitte ist möglich.
Die Menge und Zusammensetzung des Leuchtsatzes ist vorzugsweise so bemessen, daß die Brenndauer der maximalen Flugdauer des Geschosses entspricht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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45
55
65

Claims (18)

Patentansprüche:
1. Geschoß mit Laser zur Erzeugung mindestens eines vom Geschoß ausgehenden Strahlungsbündels, wobei der Laser mittels eines abbrennbaren pyrotechnischen Leuchtsatzes gepumpt ist und die Lichtaustrittsfläcbe des Lasers oder eines daran angeschlossenen Lichtleiters derart im Bereich der Geschoßspitze angeordnet ist, daß das Strahlungsbündel im wesentlichen in Richtung der Geschoßachse für die Anleuchtung des voraussichtlichen Aufschlagpunktes und/oder für die Geschoßbahnmarkierung austritt, gemäß Patent 27 41 401, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Laser (17) und der pyrotechnische Leuchtsatz (5) in einem Gehäuse (3, 16) angeordnet sind, das als eine an der Spitze eines Geschosses (2) nachträglich befestigbare, an die Form dieses Teils angepaßte Einheit ausgebildet ist
2. Geschoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß <ias Gehäuse einen vorderen, außen konischen Tel? (16) und einen hinteren, außen im wesentlichen zylindrischen Teil (3) mit einer inneren konischen, eine." Geschoßspitze angepaßten Ausnehmung (24) besteht.
3. Geschoß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (17) im vorderen Teil des Gehäuses (16) zentrisch zu dessen Achse angeordnet ist.
4. Geschoß nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pyrotechnische Leuchtsatz (5) im hinteren Te;l (3) des Gehäuses ringförmig angeordnet ist.
5. Geschoß nach einem der At.iprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daC Auslaßöffnungen (8, 9, 10,11) für das Entweichen der Ve. jrennungsgase in der Umfangswand des hinteren Teils (3) des Gehäuses angeordnet sind.
6. Geschoß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (8, 9,10,11) derart gerichtet und verteilt angeordnet sind, daß die entweichenden Gase eine reibungsmindernde Strömungsschicht längs der Geschoßwandung bilden.
7. Geschoß nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (8, 9, 10, IJ) von einer von dem pyrotechnischen Leuchtsatz (5) gelegenen Kammer (12') ausgehen, die gegen den pyrotechnischen Leuchtsatz (5) hin durch ein Gitter (13) od. dgl. und zum Laser (17) hin durch ein oder mehrere hitzebeständige, für das Pumplicht durchlässige Scheibe (14,14') mit Filter- und/oder Wärmeschutzeigenschaften getrennt ist.
8. Geschoß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (14, 14') voneinander durch luft- oder gasgefüllte oder evakuierte Zwischenräume getrennt sind.
9. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mindestens in seinem hinteren Teil (3) eine hitzebeständige Auskleidung (4) aufweist.
10. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mindestens in seinem vorderen Teil (16) an der Innenfläche eine Verspiegelung (24) aufweist.
11. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Teil des Gehäuses (16) rings um den Laser (17) mit einem für das Pumplicht durchlässigen Füllmaterial (15) äusge-
füllt ist.
12. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den zentral angeordneten Laser (17) optische Lichtieitelemenle (45, 46, 47, 48, 49, 50) zum radialen Herausleiten des Laserlichtes zu einer oder mehreren am Gehäuseumfang angeordneten Lichtaustritisstellen vorgesehen sind.
13. Geschoß nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsstellen (45) etvv a parallel zur Gehäuseachse nach hinten gerichtet sind.
14. Geschoß nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsstellen von einer nach hinten gerichteten umlaufenden Schulter an der Gehäuseseite am Übergang vom konischen Vorderteil (16) zum hinteren Gehäuseteil (3) angeordnet sind.
15. Geschoß nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Laser (17) optisch angekoppelte runde Scheibe (50) aus lichtleitendem Material mit ihrem über den Umfang des hinteren Gehäuseteils (3) überstehenden Randbereich ein ringsum umlaufendes Austrittsfenster für die Laserstrahlung bildet.
16. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser sowohl an nach hinten gerichtete Lichtaustrittsstellen (45, 50) als auch an mindestens ein in Achsrichtung nach vorn gerichtetes, insbesondere in der Gehäusespitze zentrisch angeordnetes Lichtaustrittsfenster (20) angekoppelt ist.
17. Geschoß nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (16, 3) Verschlußteile (53) zur Befestigung an einer Geschoßspitze vorgesehen sind.
18. Geschoß nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußteile aus mindestens einem federbelasteten Einrastelement (53) bestehen, welches in der konischen Ausnehmung (24) des Gehäuses vorsteht und in eine Ringnut (54) der Geschoßspitze eingreift.
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