JP6925943B2 - 多段式飛翔体の段間接手構造体、その製造方法及び多段式飛翔体 - Google Patents

Description

本発明は、多段式飛翔体の段間接手構造体、その製造方法及び多段式飛翔体に関する。

従来、多段式飛翔体における段間は、ラティス円筒構造やスキンストリンガ構造、ハニカムサンドイッチ構造などの段間接手構造体によって結合されている。そして、このような段間接手構造体は、圧力変化や温度変化などの外部環境の変化から当該段間接手構造体で囲われた空間に搭載される機器類を保護する機能を有することもある。また、このような段間接手構造体は、軽量化を計るために、各段間において異なる荷重条件に対して専用の設計を行っており、結果として、各段間において異なる構造を採用することもある（非特許文献１参照。）。

宇宙航空研究開発機構、「Ｍ−Ｖ型ロケット：５号機から８号機まで」、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ、ＪＡＸＡ−ＳＰ−０７−０２３、２００８年２月２９日

このように、非特許文献１に記載された段間接手構造体においては、段間接手構造体ごとに、専用治具や工具の作製、開発試験での性能検証が必要となり、複数種を生産する必要があるため、低コスト化を実現するための量産効果による生産性が低いという問題点があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、生産性に優れた多段式飛翔体の段間接手構造体、その製造方法及び多段式飛翔体を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、所定の共通部材を組み合わせることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の第１の多段式飛翔体の段間接手構造体は、多段式飛翔体の下段側構造体と上段側構造体とを接合する段間接手構造体であって、複数の柱状構造部材と、熱収縮シートからなる外殻部材と、を備えるものである。複数の柱状構造部材は、下段側構造体と上段側構造体との間において、柱状構造部材の軸方向と多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて配置されており、かつ、下段側構造体及び上段側構造体に固定されている。熱収縮シートからなる外殻部材は、複数の柱状構造部材に密着した状態で、かつ、複数の柱状構造部材を包囲している。

そして、本発明の第２の多段式飛翔体の段間接手構造体は、多段式飛翔体の下段側構造体と上段側構造体とを接合する段間接手構造体であって、複数の柱状構造部材と、熱収縮シートからなる外殻部材と、を備えるものである。複数の柱状構造部材は、下段側構造体と上段側構造体との間において、柱状構造部材の軸方向と多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて配置されており、かつ、下段側構造体及び上段側構造体の少なくとも一方に固定されている。熱収縮シートからなる外殻部材は、複数の柱状構造部材と、下段側構造体及び上段側構造体の少なくとも他方の一部とに密着した状態で、かつ、複数の柱状構造部材と、下段側構造体及び上段側構造体の少なくとも他方の一部とを包囲している。

また、本発明の第１の多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法は、上記本発明の第１の多段式飛翔体の段間接手構造体を製造する方法であって、下記の工程（１Ａ）及び（２Ａ）を含む。工程（１Ａ）は、下段側構造体と上段側構造体との間において、柱状構造部材の軸方向と多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて、複数の柱状構造部材を配置し、かつ、複数の柱状構造部材を下段側構造体及び上段側構造体に固定する工程である。工程（２Ａ）は、工程（１Ａ）の後に実行され、熱収縮シートからなる外殻部材により複数の柱状構造部材を包囲し、熱収縮シートからなる外殻部材を複数の柱状構造部材に密着させる工程である。

さらに、本発明の第２の多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法は、上記本発明の第２の多段式飛翔体の段間接手構造体を製造する方法であって、下記の工程（１Ｂ）及び（２Ｂ）を含む。工程（１Ｂ）は、下段側構造体と上段側構造体との間において、柱状構造部材の軸方向と多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて、複数の柱状構造部材を配置し、かつ、下段側構造体及び上段側構造体の少なくとも一方に固定する工程である。工程（２Ｂ）は、工程（１Ｂ）の後に実行され、熱収縮シートからなる外殻部材により複数の柱状構造部材と、下段側構造体及び上段側構造体の少なくとも他方の一部を包囲し、熱収縮シートからなる外殻部材を複数の柱状構造部材に密着させる工程である。

また、本発明の多段式飛翔体は、下段構造部と上段構造部との間に段間接手構造部を備えた多段式飛翔体であって、段間接手構造部が、上記本発明の第１の多段式飛翔体の段間接手構造体を複数備えているものであるか、又は上記本発明の第２の多段式飛翔体の段間接手構造体を単数備えているものである。

さらに、本発明の多段式飛翔体は、段間接手構造部が、上記本発明の第２の多段式飛翔体の段間接手構造体を複数備えており、下段側の段間接手構造体における柱状構造部材の数量よりも上段側の段間接手構造体における柱状構造部材の数量が少ないことが好ましい。

本発明によれば、生産性に優れた多段式飛翔体の段間接手構造体、その製造方法及び多段式飛翔体を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の模式的な分解斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の模式的な斜視図である。 図３は、図２に示した段間接手構造体のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式的な断面図である。 図４は、第２実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の模式的な分解斜視図である 図５は、第２実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の模式的な斜視図である。 図６は、図５に示した段間接手構造体のＶＩ−ＶＩ線に沿った模式的な断面図である。 図７は、第３実施形態に係る多段式飛翔体の一例の一部を示す模式的な斜視図である。 図８は、第３実施形態に係る多段式飛翔体の他の一例の一部を示す模式的な斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体、多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法及び多段式飛翔体について詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態において、説明の便宜上、多段式飛翔体の一方の構造体を「下段側構造体」、他方の構造体を「上段側構造体」、これに応じて、多段式飛翔体の一方の構造部を「下段構造部」、他方の構造部を「上段構造部」などと記載するが、これらは、多段式飛翔体の所定の位置に取り付けられるまでは等価な要素であり、相互に置換した構成も本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。また、引用する図面の寸法比率は、説明の便宜上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、第１実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の模式的な分解斜視図である。また、図２は、第１実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の模式的な斜視図である。さらに、図３は、図２に示した段間接手構造体のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式的な断面図である。

図１〜図３に示すように、第１実施形態の多段式飛翔体の段間接手構造体１は、多段式飛翔体の下段側構造体３０と上段側構造体４０とを接合するものである。段間接手構造体１は、複数の柱状構造部材１０と外殻部材２０とを備えている。ここで、外殻部材２０は、熱収縮シートからなる。なお、特に限定されるものではないが、図示例においては、柱状構造部材の数量は８本である。

また、複数の柱状構造部材１０は、下段側構造体３０と上段側構造体４０との間において、柱状構造部材１０の軸方向と図中矢印Ｚで示す多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、下段側構造体３０の周方向に沿って間隔を設けて配置されており、かつ、下段側構造体３０及び上段側構造体４０に固定されている。

さらに、外殻部材２０は、複数の柱状構造部材１０に密着した状態で、かつ、複数の柱状構造部材１０を包囲している。

このように、柱状構造部材と熱収縮シートからなる外殻部材といった所定の共通部材を組み合わせて段間接手構造体を組み立てることにより、段間接手構造体ごとに、専用治具や工具の作製、開発試験での性能検証が必要でない。また、多段式飛翔体の大きさ等によって荷重条件が変わっても柱状構造部材の数を変えることで対応できる。したがって、低コスト化を実現するための量産効果による生産性に優れた多段式飛翔体の段間接手構造体を提供することができる。

また、特に限定されるものではないが、このような多段式飛翔体の段間接手構造体は、詳しくは後述するが、複数の多段式飛翔体の段間接手構造体を組み合わせた段間接手構造部において、分離機構を設けることができる。

ここで、各構成について更に詳細に説明する。

上記柱状構造部材１０としては、アルミニウム合金、ニッケル・クロム・モリブデン鋼、複合材などの従来公知の合金鋼などを適用することができる。また、特に限定されるものではないが、柱状構造部材は、断面形状が円形であることが好ましい。

上記外殻部材２０は、熱収縮シートからなるものである。特に限定されるものではないが、熱収縮シートとしては、例えば、架橋ポリエチレンからなるものを挙げることができる。また、特に限定されるものではないが、熱収縮シートの内周側には、粘着層を有していてもよい。このような粘着層としては、例えば、ブチルゴムをベースとしたものを挙げることができる。特に限定されるものではないが、具体的には、古河電気工業株式会社製のラプコ（登録商標）シート、ラプコ（登録商標）チューブなどを利用することができる。なお、更なる耐熱性を必要とする場合には、熱収縮シートからなる外殻部材の外周側にコルクなどの断熱部材を設けてもよい。

上記下段側構造体３０及び上段側構造体４０としては、従来公知の合金鋼などを適用することができる。また、特に限定されるものではないが、下段側構造体及び上段側構造体は、断面形状が円環形であることが好ましい。なお、下段側構造体及び上段側構造体が、それぞれ下段構造部自体及び上段構造部自体であってもよく、また、それぞれ下段構造部の取り付け部及び上段構造部の取り付け部であってもよい。さらに、これらに限定されるものではなく、下段側構造体及び上段側構造体が、それぞれ下段構造部自体及び上段構造部の取り付け部であってもよく、その逆であってもよい。

次いで、上記第１実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法について一例を挙げて具体的に説明する。なお、上記第１実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体は、後述する製造方法によって得られたものに限定されるものではない。

上記第１実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法は、下記の工程（１Ａ）及び（２Ａ）を含む。

工程（１Ａ）は、下段側構造体と上段側構造体との間において、柱状構造部材の軸方向と多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて、複数の柱状構造部材を配置し、かつ、複数の柱状構造部材を下段側構造体及び上段側構造体に固定する工程である。特に限定されるものではないが、具体的には、柱状構造部材を、下段構造部自体や下段構造部の取り付け部、上段構造部自体や上段構造部の取り付け部などにフランジやボルトなどを用いた従来公知の固定具で固定する。

工程（２Ａ）は、工程（１Ａ）の後に実行され、熱収縮シートからなる外殻部材により複数の柱状構造部材を包囲し、熱収縮シートからなる外殻部材を複数の柱状構造部材に密着させる工程である。特に限定されるものではないが、具体的には、複数の柱状構造部材を包囲する位置に熱収縮シートを配置し、熱収縮シートの外周側からバーナなどを用いて加熱することにより収縮させて、熱収縮シートからなる外殻部材を複数の柱状構造部材に密着させる。なお、柱状構造部材を下段構造部自体や下段構造部の取り付け部、上段構造部自体や上段構造部の取り付け部などに固定した結果、熱収縮シートを複数の柱状構造部材を包囲する位置に配置できない場合には、柱状構造部材を下段構造部自体や下段構造部の取り付け部、上段構造部自体や上段構造部の取り付け部などに固定する前に、これらの位置に熱収縮シートを挿入しておくことが好ましい。

このように、柱状構造部材と熱収縮シートからなる外殻部材といった所定の共通部材を組み合わせて段間接手構造体を組み立てることにより、段間接手構造体ごとに、専用治具や工具の作製、開発試験での性能検証が必要でない。また、多段式飛翔体の大きさ等によって荷重条件が変わっても柱状構造部材の数を変えることで対応できる。したがって、低コスト化を実現するための量産効果による生産性に優れた多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法を提供することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体について図面を参照しながら詳細に説明する。図４は、第２実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の模式的な分解斜視図である。また、図５は、第２実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の模式的な斜視図である。さらに、図６は、図５に示した段間接手構造体のＶＩ−ＶＩ線に沿った模式的な断面図である。なお、上記説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

図４〜図６に示すように、第２実施形態の多段式飛翔体の段間接手構造体１’は、多段式飛翔体の下段側構造体３０と上段側構造体４０とを接合するものである。段間接手構造体１’は、複数の柱状構造部材１０と外殻部材２０とを備えている。ここで、外殻部材２０は、熱収縮シートからなる。なお、特に限定されるものではないが、図示例においては、柱状構造部材の数量は８本である。

また、複数の柱状構造部材１０は、下段側構造体３０と上段側構造体４０との間において、柱状構造部材１０の軸方向と図中矢印Ｚで示す多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、下段側構造体３０の周方向に沿って間隔を設けて配置されており、かつ、下段側構造体３０及び上段側構造体４０に固定されている。

さらに、外殻部材２０は、複数の柱状構造部材１０と、下段側構造体３０及び上段側構造体４０の少なくともどちらかを包囲している。

このように、柱状構造部材と熱収縮シートからなる外殻部材といった所定の共通部材を組み合わせて段間接手構造体を組み立てることにより、段間接手構造体ごとに、専用治具や工具の作製、開発試験での性能検証が必要でない。また、多段式飛翔体の大きさ等によって荷重条件が変わっても柱状構造部材の数を変えることで対応できる。したがって、低コスト化を実現するための量産効果による生産性に優れた多段式飛翔体の段間接手構造体を提供することができる。また、特に限定されるものではないが、このような多段式飛翔体の段間接手構造体は、詳しくは後述するが、単数の多段式飛翔体の段間接手構造体からなる段間接手構造部において、分離機構を設けることができる。

次いで、上記第２実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法について一例を挙げて具体的に説明する。なお、上記第２実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体は、後述する製造方法によって得られたものに限定されるものではない。

上記第２実施形態に係る多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法は、下記の工程（１Ｂ）及び（２Ｂ）を含む。

工程（１Ｂ）は、下段側構造体と上段側構造体との間において、柱状構造部材の軸方向と多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて、複数の柱状構造部材を配置し、かつ、下段側構造体及び上段側構造体の一方に固定する工程である。特に限定されるものではないが、具体的には、柱状構造部材を、下段構造部自体や下段構造部の取り付け部、上段構造部自体や上段構造部の取り付け部などにフランジやボルトなどを用いた従来公知の固定具で固定する。

工程（２Ｂ）は、工程（１Ｂ）の後に実行され、熱収縮シートからなる外殻部材により複数の柱状構造部材と、下段側構造体及び上段側構造体の少なくとも他方の一部を包囲し、熱収縮シートからなる外殻部材を複数の柱状構造部材に密着させる工程である。なお、柱状構造部材を下段構造部自体や下段構造部の取り付け部、上段構造部自体や上段構造部の取り付け部などに固定した結果、熱収縮シートを複数の柱状構造部材を包囲する位置に配置できない場合には、柱状構造部材を下段構造部自体や下段構造部の取り付け部、上段構造部自体や上段構造部の取り付け部などに固定する前に、これらの位置に熱収縮シートを挿入しておくことが好ましい。

このように、柱状構造部材と熱収縮シートからなる外殻部材といった所定の共通部材を組み合わせて段間接手構造体を組み立てることにより、段間接手構造体ごとに、専用治具や工具の作製、開発試験での性能検証が必要でない。また、多段式飛翔体の大きさ等によって荷重条件が変わっても柱状構造部材の数を変えることで対応できる。したがって、低コスト化を実現するための量産効果による生産性に優れた多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法を提供することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る多段式飛翔体について図面を参照しながら詳細に説明する。図７は、第３実施形態に係る多段式飛翔体の一例の一部を示す模式的な斜視図である。また、図８は、第３実施形態に係る多段式飛翔体の他の一例の一部を示す模式的な斜視図である。なお、上記説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、多段式飛翔体１００は、下段構造部３０と上段構造部４０との間に段間接手構造部を備えている。そして、段間接手構造部は、上記多段式飛翔体の段間接手構造体１を複数備えている。ここで、段間接手構造体１，１間には、ＦＬＳＣ接手などの従来公知の分離機構５０を備えている。なお、特に限定されるものではないが、図示例においては、段間接手構造体の数量は２個である。

また、図８に示すように、多段式飛翔体１００’は、下段構造部３０と上段構造部４０との間に段間接手構造部を備えている。そして、段間接手構造部は、上記多段式飛翔体の段間接手構造体１’を単数備えている。ここで、段間接手構造体１’と上段構造部４０の間には、ＦＬＳＣ接手などの従来公知の分離機構５０を備えている。

上述のように、柱状構造部材と熱収縮シートからなる外殻部材といった所定の共通部材を組み合わせて製造した段間接手構造体を用いることにより、段間接手構造体ごとに、専用治具や工具の作製、開発試験での性能検証が必要でない。また、多段式飛翔体の大きさ等によって荷重条件が変わっても柱状構造部材の数を変えることで対応できる。したがって、低コスト化を実現するための量産効果による生産性に優れた多段式飛翔体を提供することができる。

また、特に限定されるものではないが、第３実施形態の多段式飛翔体は、図示しないが、上段構造部に残る段間接手構造体を小さくする必要がある場合には、段間接手構造部を構成し、直接連結される段間接手構造体の数量を増やし、かつ、段間接手構造部における分離機構の位置を上段側にすればよい。

さらに、第３実施形態の多段式飛翔体は、図示しないが、下段側の段間接手構造体における柱状構造部材の数量よりも上段側の段間接手構造体における柱状構造部材の数量が少ないことが好ましい。特に限定されるものではないが、例えば、下段側の段間接手構造体における柱状構造部材の数量を８本とし、上段側の段間接手構造体における柱状構造部材の数量を６本のようにすることができる。

段間接手構造体にかかる荷重は、多段式飛翔体の下段側の段間接手構造体にかかる荷重よりも上段側の段間接手構造体にかかる荷重の方が小さい。この荷重条件に大小関係に応じて荷重を負担する柱状構造部材を調整する際に、柱状構造部材と熱収縮シートからなる外殻部材といった所定の共通部材を組み合わせにおいて、柱状構造部材の数量を調整して製造した段間接手構造体を用いることにより、柱状構造部材の太さ（径）を調整する場合と比較して、段間接手構造体ごとに、専用治具や工具の作製、開発試験での性能検証が必要でなく、低コスト化を実現するための量産効果による生産性に優れた多段式飛翔体を提供することができる。

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１，１’ 段間接手構造体（段間接手構造部）
１０ 柱状構造部材
２０ 外殻部材
３０ 下段側構造体（下段構造部）
４０ 上段側構造体（上段構造部）
５０ 分離機構
１００，１００’ 多段式飛翔体

Claims (6)

1. 多段式飛翔体の下段側構造体と上段側構造体とを接合する段間接手構造体であって、
   複数の柱状構造部材と、
   熱収縮シートからなる外殻部材と、を備え、
   上記複数の柱状構造部材は、上記下段側構造体と上記上段側構造体との間において、該柱状構造部材の軸方向と上記多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、該下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて配置されており、かつ、上記下段側構造体及び上記上段側構造体に固定されており、
   上記熱収縮シートからなる外殻部材は、上記複数の柱状構造部材に密着した状態で、かつ、該複数の柱状構造部材を包囲している
   ことを特徴とする多段式飛翔体の段間接手構造体。
2. 多段式飛翔体の下段側構造体と上段側構造体とを接合する段間接手構造体であって、
   複数の柱状構造部材と、
   熱収縮シートからなる外殻部材と、を備え、
   上記複数の柱状構造部材は、上記下段側構造体と上記上段側構造体との間において、該柱状構造部材の軸方向と上記多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、該下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて配置されており、かつ、上記下段側構造体及び上記上段側構造体の少なくとも一方に固定されており、
   上記熱収縮シートからなる外殻部材は、上記複数の柱状構造部材と、上記下段側構造体及び上記上段側構造体の少なくとも他方の一部とに密着した状態で、かつ、該複数の柱状構造部材と、該下段側構造体及び該上段側構造体の少なくとも他方の一部とを包囲している
   ことを特徴とする多段式飛翔体の段間接手構造体。
3. 下段構造部と上段構造部との間に段間接手構造部を備えた多段式飛翔体であって、
   上記段間接手構造部が、請求項１に記載の多段式飛翔体の段間接手構造体を複数備えているか又は請求項２に記載の多段式飛翔体の段間接手構造体を単数備えている
   ことを特徴とする多段式飛翔体。
4. 下段構造部と上段構造部との間に段間接手構造部を備えた多段式飛翔体であって、
   上記段間接手構造部が、請求項２に記載の多段式飛翔体の段間接手構造体を複数備えており、
   下段側の上記段間接手構造体における上記柱状構造部材の数量よりも上段側の上記段間接手構造体における上記柱状構造部材の数量が少ない
   ことを特徴とする多段式飛翔体。
5. 請求項１に記載の多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法であって、
   上記下段側構造体と上記上段側構造体との間において、上記柱状構造部材の軸方向と上記多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、該下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて、上記複数の柱状構造部材を配置し、かつ、該複数の柱状構造部材を該下段側構造体及び該上段側構造体に固定する工程（１Ａ）と、
   上記工程（１Ａ）の後に実行され、上記熱収縮シートからなる外殻部材により上記複数の柱状構造部材を包囲し、該熱収縮シートからなる外殻部材を該複数の柱状構造部材に密着させる工程（２Ａ）と、を含む
   ことを特徴とする多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法。
6. 請求項２に記載の多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法であって、
   上記下段側構造体と上記上段側構造体との間において、上記柱状構造部材の軸方向と上記多段式飛翔体の機軸方向とが平行な状態で、かつ、該下段側構造体の周方向に沿って間隔を設けて、上記複数の柱状構造部材を配置し、かつ、該下段側構造体及び該上段側構造体の少なくとも一方に固定する工程（１Ｂ）と、
   上記工程（１Ｂ）の後に実行され、上記熱収縮シートからなる外殻部材により上記複数の柱状構造部材と、上記下段側構造体及び上記上段側構造体の少なくとも他方の一部を包囲し、該熱収縮シートからなる外殻部材を該複数の柱状構造部材に密着させる工程（２Ｂ）と、を含む
   ことを特徴とする多段式飛翔体の段間接手構造体の製造方法。

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