JPS58122299A - 飛翔体の章動運動減衰方法 - Google Patents
飛翔体の章動運動減衰方法Info
- Publication number
- JPS58122299A JPS58122299A JP57001953A JP195382A JPS58122299A JP S58122299 A JPS58122299 A JP S58122299A JP 57001953 A JP57001953 A JP 57001953A JP 195382 A JP195382 A JP 195382A JP S58122299 A JPS58122299 A JP S58122299A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- gimbal
- motion
- flying object
- servo system
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- Transmission Devices (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば宇宙空間を飛翔する人工衛星のような
飛翔体V章勤運動減衰方法に関するものである。
飛翔体V章勤運動減衰方法に関するものである。
確動コ軍動(ユコーテーンー1ンiJ1、コマのように
自転1.ている剛体j〕こはそれを搭載し7だ飛翔体の
、外力のないときのコマの自転11q1ド斗たはぞtl
と平行な飛翔体軸の味噌すり運動をさしていう。
自転1.ている剛体j〕こはそれを搭載し7だ飛翔体の
、外力のないときのコマの自転11q1ド斗たはぞtl
と平行な飛翔体軸の味噌すり運動をさしていう。
モーメンタム・ホイールを搭載した人工衛星のような宇
宙飛翔体は整動運動を生じ易いので、通常では章動タン
パを搭載してい/)が、望動が微小になるとその効果−
減少する9ぞのために飛翔体の姿勢上ン→ノイ1号を用
いてψ動を能動的に制御する内法も各棟提案さねCいる
が、装置か複却になる欠点があり、17已にに+章動が
微小になると飛翔体の姿勢信刊が微弱とな−・C3ZN
比が悪くなる虞J′1もある。固、従来2ジ/パル式モ
ーメ/タノ3・ホイールを搭載する宇宙飛翔体でV[、
各ジンバル機構を独立し/こサーボ系として構成(7て
も、各ジンバルサーボ系の減衰が飛翔体の輪動減衰に多
少とも役立つことC゛知ら7−1でいた。
宙飛翔体は整動運動を生じ易いので、通常では章動タン
パを搭載してい/)が、望動が微小になるとその効果−
減少する9ぞのために飛翔体の姿勢上ン→ノイ1号を用
いてψ動を能動的に制御する内法も各棟提案さねCいる
が、装置か複却になる欠点があり、17已にに+章動が
微小になると飛翔体の姿勢信刊が微弱とな−・C3ZN
比が悪くなる虞J′1もある。固、従来2ジ/パル式モ
ーメ/タノ3・ホイールを搭載する宇宙飛翔体でV[、
各ジンバル機構を独立し/こサーボ系として構成(7て
も、各ジンバルサーボ系の減衰が飛翔体の輪動減衰に多
少とも役立つことC゛知ら7−1でいた。
本発明の1」的に11、回転中のモーメンタム・ホイー
ルが 種のジャイロであることに着目し、その飛翔体に
対する姿勢運動の検出信号の中には、飛翔体の単動運動
の情報が潜在することを利用1.て、2つのジンバル角
度信号の制御を独立させずに、相互に他ジンバルの姿勢
信号をもサーボ系の入力と1,7て用いることにより、
飛翔体の姿勢信号を用いなくても0J能な飛翔体の単動
運動減衰方法を提供することにあり、その要旨は、モー
メンタム・ホイールの回転11η11と直交する直交2
軸周りに微小ジンバル角を制御可能とj〜、飛翔体に搭
載する姿勢制御装置に於いて、前記モーメンタム・ホイ
ールの各/ンバル!illごとに、各/ンバル角度及び
(又(d、)角速度信+i′を検出して、該当軸のサー
ボ系にフィー トバンクし1、ジンバル角が傾くと復元
するようにすると共に、他のジンバル軸の角度及び(又
は)角速度信号をも該当軸のサーボ系にも使用り、て2
ジンバル間に相互作用を連成させることにより、前記飛
翔体の確動運動の減衰を助長することを特徴とするもの
である。
ルが 種のジャイロであることに着目し、その飛翔体に
対する姿勢運動の検出信号の中には、飛翔体の単動運動
の情報が潜在することを利用1.て、2つのジンバル角
度信号の制御を独立させずに、相互に他ジンバルの姿勢
信号をもサーボ系の入力と1,7て用いることにより、
飛翔体の姿勢信号を用いなくても0J能な飛翔体の単動
運動減衰方法を提供することにあり、その要旨は、モー
メンタム・ホイールの回転11η11と直交する直交2
軸周りに微小ジンバル角を制御可能とj〜、飛翔体に搭
載する姿勢制御装置に於いて、前記モーメンタム・ホイ
ールの各/ンバル!illごとに、各/ンバル角度及び
(又(d、)角速度信+i′を検出して、該当軸のサー
ボ系にフィー トバンクし1、ジンバル角が傾くと復元
するようにすると共に、他のジンバル軸の角度及び(又
は)角速度信号をも該当軸のサーボ系にも使用り、て2
ジンバル間に相互作用を連成させることにより、前記飛
翔体の確動運動の減衰を助長することを特徴とするもの
である。
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
第1図に於いて、1 klは日I Z it+ll+を
中心に高速回転中のモーメンタム・ホイール1 (無接
触型駆動モータは図示1,2ていない)であり、このホ
イール1の軸2の両端に配置した磁気11111受部3
a、3bによりホイール1を支持する。各磁気軸受部3
2113bは、軸2の各端部に軸着L7た磁性体から成
る回転ヨーク4a、41〕と、その周囲の4方向に固定
的に配置1.た電磁ヨーク(ba〜8ミル8ン(51)
〜8b)により構成する。そIl、て電磁ヨーク6.8
はZ軸と直交するX ll1t方向に向け、電磁ヨーク
b、7σZ +Isl+、X +tliと直交するY軸
力向に向けて配置する。電磁ヨーク5〜8は回転ヨーク
今に71し吸引力を電流に」;つて作用させるようにそ
れぞれ電磁コイル9を巻回する。電磁コイル9に流す電
流は2個の電力増幅部10 X、 40 Yにより供
給し、X軸用電力増幅部10XけX、 1111を向く
電磁ヨーク6” * 8 ” + 513.81〕
のコイル9に電流を電力し1、Y輔用電力増幅部10
YけZ軸を向く電磁ヨーク5a、7a、5b、7bのコ
イル9に電流を供与する。−f′:して電流の正負に応
じて作動するスイッチ 11X、ilyにより、電流を
分配するようにし、’f+’lえはスイッチ 11xで
接点Cが導通すると電流は電磁ヨーク6aと8bに流れ
、それぞれの磁気軸受部3a、3bで回転ヨーク4a、
4.bに吸引力を作用させ、ホイール1の軸2をX軸周
りに若干傾けるようにする。又、各磁気軸受部3a、3
1)に於いて、回転ヨーク4a、4bの位置を検出する
ためにセッサ12X、 12y及び13X、 i3Y
を配置し、回転ヨーク4a。
中心に高速回転中のモーメンタム・ホイール1 (無接
触型駆動モータは図示1,2ていない)であり、このホ
イール1の軸2の両端に配置した磁気11111受部3
a、3bによりホイール1を支持する。各磁気軸受部3
2113bは、軸2の各端部に軸着L7た磁性体から成
る回転ヨーク4a、41〕と、その周囲の4方向に固定
的に配置1.た電磁ヨーク(ba〜8ミル8ン(51)
〜8b)により構成する。そIl、て電磁ヨーク6.8
はZ軸と直交するX ll1t方向に向け、電磁ヨーク
b、7σZ +Isl+、X +tliと直交するY軸
力向に向けて配置する。電磁ヨーク5〜8は回転ヨーク
今に71し吸引力を電流に」;つて作用させるようにそ
れぞれ電磁コイル9を巻回する。電磁コイル9に流す電
流は2個の電力増幅部10 X、 40 Yにより供
給し、X軸用電力増幅部10XけX、 1111を向く
電磁ヨーク6” * 8 ” + 513.81〕
のコイル9に電流を電力し1、Y輔用電力増幅部10
YけZ軸を向く電磁ヨーク5a、7a、5b、7bのコ
イル9に電流を供与する。−f′:して電流の正負に応
じて作動するスイッチ 11X、ilyにより、電流を
分配するようにし、’f+’lえはスイッチ 11xで
接点Cが導通すると電流は電磁ヨーク6aと8bに流れ
、それぞれの磁気軸受部3a、3bで回転ヨーク4a、
4.bに吸引力を作用させ、ホイール1の軸2をX軸周
りに若干傾けるようにする。又、各磁気軸受部3a、3
1)に於いて、回転ヨーク4a、4bの位置を検出する
ためにセッサ12X、 12y及び13X、 i3Y
を配置し、回転ヨーク4a。
4bのX軸ノJ向、Y軸力向のそれぞれの1立置を検出
する。従って軸2のX軸周りの傾き角(所謂ジンバル角
)αはセンサ12Yと 13yの出力値の差により求め
られ、との信号をY軸周補償回路+4YTh介し7てY
軸組′亀力増幅部10yに入力し、ジンバル角αがゼロ
又v、1指定した値となるサーボ系を構成する。セッサ
12、13は無接触型のうず電流型や容量型の分解能の
良いセンサを用いることにより、微少々単動運動が良好
に検出できる。
する。従って軸2のX軸周りの傾き角(所謂ジンバル角
)αはセンサ12Yと 13yの出力値の差により求め
られ、との信号をY軸周補償回路+4YTh介し7てY
軸組′亀力増幅部10yに入力し、ジンバル角αがゼロ
又v、1指定した値となるサーボ系を構成する。セッサ
12、13は無接触型のうず電流型や容量型の分解能の
良いセンサを用いることにより、微少々単動運動が良好
に検出できる。
この」:うにZ軸及びZ軸を独立して制御するサーボ系
を構成]−2でも、セン−112,13の微分信号を用
いることによって章動は多少ながら減衰するう然し一般
に単動運動は周ル]が数秒〜数十秒と長いので微分信号
が極めて得難い。又、ジンバル角の制御はジンバル角度
の検出だけでなく、ジンバル軸の角速度を検出して、そ
の信号を基に制御してもよいが、たとえ有効々ジンバル
角速度信−号がそれ専用の角速度セッサから缶ら11た
としても、単動減衰の効果(dl、サーボ系がx +l
l+とZ軸とにそれぞれ独立している限り、章動の減衰
けそれ程有効とはならない。
を構成]−2でも、セン−112,13の微分信号を用
いることによって章動は多少ながら減衰するう然し一般
に単動運動は周ル]が数秒〜数十秒と長いので微分信号
が極めて得難い。又、ジンバル角の制御はジンバル角度
の検出だけでなく、ジンバル軸の角速度を検出して、そ
の信号を基に制御してもよいが、たとえ有効々ジンバル
角速度信−号がそれ専用の角速度セッサから缶ら11た
としても、単動減衰の効果(dl、サーボ系がx +l
l+とZ軸とにそれぞれ独立している限り、章動の減衰
けそれ程有効とはならない。
本発明の実施例は一す−ボ糸を独立にせす、他軸のジン
バル角度信号を積極的に取入れて、相互の達成運動を助
長1〜で章動の減衰を、各軸独立に実施する場合よりも
、数十倍に速めようとするものである。尚、ジンバル駒
速1及信号を使用してもよいが、達成用に用いる信号(
d、ジンバル角度信号が好適であり、ジンバル角速度信
号は補助的に使用することか望ましい。
バル角度信号を積極的に取入れて、相互の達成運動を助
長1〜で章動の減衰を、各軸独立に実施する場合よりも
、数十倍に速めようとするものである。尚、ジンバル駒
速1及信号を使用してもよいが、達成用に用いる信号(
d、ジンバル角度信号が好適であり、ジンバル角速度信
号は補助的に使用することか望ましい。
即ち第1図に於いて、セッサ12Mと13yとの差信号
は、Y軸用補償回路14Vにフィードバツク信月として
送信するがその一部は点線で示す、1うにX動用補償回
路14Xにも送信する。又、同様にセンサ12Xと 1
3Xとの差信号の一部はY軸用補償回路14Yにも送信
するようにする。
は、Y軸用補償回路14Vにフィードバツク信月として
送信するがその一部は点線で示す、1うにX動用補償回
路14Xにも送信する。又、同様にセンサ12Xと 1
3Xとの差信号の一部はY軸用補償回路14Yにも送信
するようにする。
このように相互に連成させることの有効な理由は、概路
次のように説明することができる。即ち章動運動が発生
すると、モーノンタム・ホイール1の軸2d、飛翔体に
z」1.て単動速度と同じ緩慢な速度で味噌すり運動を
行なうことになる。従って軸2が味噌すり運動をするこ
とは、飛翔体が章動運動をしていることの表われである
ので、軸2の味噌すり運動を速やかに減衰するように2
ジンノ(ルのサーボ系を制御すればよい。そのためには
例えば第1図に於いて、軸2が+X軸方向に傾いたとす
ると、次にd: −1−Y軸方向に、次は−X、次は−
Y、再び+X軸方向へと傾くので各軸X、Yを独立に制
御するよりは、例えば′X軸周りの制御をする場合に、
X軸周°りに回転が発生する以前にY軸周りに回転して
いることになるから、Y軸周りの検出角度βをXI紬周
りのサーボ系にも使用すれは章動の減衰はより速くなる
はずである。
次のように説明することができる。即ち章動運動が発生
すると、モーノンタム・ホイール1の軸2d、飛翔体に
z」1.て単動速度と同じ緩慢な速度で味噌すり運動を
行なうことになる。従って軸2が味噌すり運動をするこ
とは、飛翔体が章動運動をしていることの表われである
ので、軸2の味噌すり運動を速やかに減衰するように2
ジンノ(ルのサーボ系を制御すればよい。そのためには
例えば第1図に於いて、軸2が+X軸方向に傾いたとす
ると、次にd: −1−Y軸方向に、次は−X、次は−
Y、再び+X軸方向へと傾くので各軸X、Yを独立に制
御するよりは、例えば′X軸周りの制御をする場合に、
X軸周°りに回転が発生する以前にY軸周りに回転して
いることになるから、Y軸周りの検出角度βをXI紬周
りのサーボ系にも使用すれは章動の減衰はより速くなる
はずである。
その際の相q、に第111’lすべきジンバル角(α、
β)及びジンバル角速度(m、arの分配比をα、β及
びみ、βの係数P及びQ、各サーボ系のα、β及びミ、
矛に対する係数をそれぞれK及び13とし、つ捷り両ザ
ーボ系へのフィードバック信号をそれぞれ独立にfli
制御する場合のにα斗11.1ぐβ−(−、13λから
、■(α1− 、l3a−Pi−Qβ、Kβ+13λ十
Pα]−Qミに修正する。例えば第2図はQ=Oの場合
の章動の減衰比このPによる変化の状態を謂算結宋によ
り示しまたものである。明らかに1) = Kが最大の
減衰比どなり、P−00場合、即ち各軸とも独立のサー
ボ系とした場合の約10倍の減衰比と々っている。これ
にQをQ、B程度加えると、前述の減衰比ζは更に2倍
程度、即ち独立のサーボ系の場合の約20倍となる。
β)及びジンバル角速度(m、arの分配比をα、β及
びみ、βの係数P及びQ、各サーボ系のα、β及びミ、
矛に対する係数をそれぞれK及び13とし、つ捷り両ザ
ーボ系へのフィードバック信号をそれぞれ独立にfli
制御する場合のにα斗11.1ぐβ−(−、13λから
、■(α1− 、l3a−Pi−Qβ、Kβ+13λ十
Pα]−Qミに修正する。例えば第2図はQ=Oの場合
の章動の減衰比このPによる変化の状態を謂算結宋によ
り示しまたものである。明らかに1) = Kが最大の
減衰比どなり、P−00場合、即ち各軸とも独立のサー
ボ系とした場合の約10倍の減衰比と々っている。これ
にQをQ、B程度加えると、前述の減衰比ζは更に2倍
程度、即ち独立のサーボ系の場合の約20倍となる。
第3図は地上に於いて姿勢制御実験を行なった場合の単
動振幅の減衰状態の実験結果の一例であり、第3図(a
)は従来の独立サーボ系の場合で減衰が緩慢になされて
いるのに対し、(blは本発明に係る速成サーボ系の場
合であって急速な減衰が生じその有効性は明らかである
。
動振幅の減衰状態の実験結果の一例であり、第3図(a
)は従来の独立サーボ系の場合で減衰が緩慢になされて
いるのに対し、(blは本発明に係る速成サーボ系の場
合であって急速な減衰が生じその有効性は明らかである
。
子連の実施例は磁気軸受支持のモーメンタム・ホイール
の場合を示したが、モーメンタム・ホイールの支P!i
C二磁気軸受に限らず、機械的なジンバル支持方式にも
適用可能である。第4図はその実施例で4・)す、各ジ
ン・・ル軸、X軸、Ylll’llに取付けだセンサi
5X、i5Yと、ジンバルトルカ16X116Yを回転
型とする。
の場合を示したが、モーメンタム・ホイールの支P!i
C二磁気軸受に限らず、機械的なジンバル支持方式にも
適用可能である。第4図はその実施例で4・)す、各ジ
ン・・ル軸、X軸、Ylll’llに取付けだセンサi
5X、i5Yと、ジンバルトルカ16X116Yを回転
型とする。
従ってジンバル角α及びβけそれぞれ単一のセンサ15
Y、15Xにより検出して、それぞれの該当軸の補償回
路14y、i4Xに送信すると共に、その一部を他軸の
補償回路14X、14Yにも送信するようにする。又、
電力増幅部10X、10Yからの出力をそれぞれトルカ
16X、16)’に送りジンバル角β、αを制御するよ
うにし、その原理的な構成は第1図の実施例と殆ど変わ
るところはない。
Y、15Xにより検出して、それぞれの該当軸の補償回
路14y、i4Xに送信すると共に、その一部を他軸の
補償回路14X、14Yにも送信するようにする。又、
電力増幅部10X、10Yからの出力をそれぞれトルカ
16X、16)’に送りジンバル角β、αを制御するよ
うにし、その原理的な構成は第1図の実施例と殆ど変わ
るところはない。
以−ヒ説明したように本発明に係る飛翔体の単動運動減
衰方法は、2つの軸に対するジンバル制御を実施する方
式に於いて、各軸独立に制御を実施するのではなく、該
当する軸で得られた信号を他軸にも与えるので、独立制
御の場合よりも章動運動の減衰全数十倍に速めることが
できる。
衰方法は、2つの軸に対するジンバル制御を実施する方
式に於いて、各軸独立に制御を実施するのではなく、該
当する軸で得られた信号を他軸にも与えるので、独立制
御の場合よりも章動運動の減衰全数十倍に速めることが
できる。
図面は本発明に係る飛翔体の章動運動を減衰する方法を
実現するだめの実施例を示し、第1図は磁気軸受を用い
てモーメンタム・ホイールヲ!+1 御するだめの装置
の構成図、第2図は計算により求めたジンバル角度信弓
の分配係数と減衰率の関係を示すグラフ図、第3図は減
衰性能を実験により求めたグラフ1シ1であり、tax
−a:各軸独立に制御した場合、θ))は本発明に係る
方法により各軸速成して制御した場合、第4図1rよジ
ンバル機構を用い−Cモーメンタム・ホイ −ルを制御
するだめの装置の構成図である。 符号1はモーメンタム・ホイール、2Pj:1f)11
.3a、30は磁気軸受部、4;l、41) &;l:
回転ヨーク、5 a 〜8a 、 51:+ 〜3
bにr、 flL磁ヨーク、917v電磁コイル、10
X 、 10 Y Pi is:勾増幅部、i+x、
+iyはスイッチ、 12x 、 12y、 i3x
、 13y、 15x。 15Mはセンサ、i4X、 44Yは補償回路、16X
116Yはトルカである。 特許出願人 航空宇宙技術研究所長
実現するだめの実施例を示し、第1図は磁気軸受を用い
てモーメンタム・ホイールヲ!+1 御するだめの装置
の構成図、第2図は計算により求めたジンバル角度信弓
の分配係数と減衰率の関係を示すグラフ図、第3図は減
衰性能を実験により求めたグラフ1シ1であり、tax
−a:各軸独立に制御した場合、θ))は本発明に係る
方法により各軸速成して制御した場合、第4図1rよジ
ンバル機構を用い−Cモーメンタム・ホイ −ルを制御
するだめの装置の構成図である。 符号1はモーメンタム・ホイール、2Pj:1f)11
.3a、30は磁気軸受部、4;l、41) &;l:
回転ヨーク、5 a 〜8a 、 51:+ 〜3
bにr、 flL磁ヨーク、917v電磁コイル、10
X 、 10 Y Pi is:勾増幅部、i+x、
+iyはスイッチ、 12x 、 12y、 i3x
、 13y、 15x。 15Mはセンサ、i4X、 44Yは補償回路、16X
116Yはトルカである。 特許出願人 航空宇宙技術研究所長
Claims (1)
- 1、 モーメンタム・ホイールの回転軸と(2)父する
直交2@周り:(微小ジンバル角を制御可能と1飛翔体
(で搭載する姿勢制御装置に於いて、前記モーメンタム
・ホイールの各ジンバル軸ごとに、各ジンバル機構度μ
mび(又1ま)角速度信号全検出して、該尚柵のサーボ
系にフィードバックし、ジンバル角が傾くと復元するよ
うにすると共に、他のジンバル軸の角、明少び(又(2
)自速明信号をも該自軸のサーボ系(でも使用して2ジ
ンバル間に相互作用を連成させることにより、前記飛翔
体の章動運動の減衰を助長することを特徴とする飛翔体
の章動運動減衰方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57001953A JPS58122299A (ja) | 1982-01-09 | 1982-01-09 | 飛翔体の章動運動減衰方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57001953A JPS58122299A (ja) | 1982-01-09 | 1982-01-09 | 飛翔体の章動運動減衰方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58122299A true JPS58122299A (ja) | 1983-07-20 |
JPH026680B2 JPH026680B2 (ja) | 1990-02-13 |
Family
ID=11515957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57001953A Granted JPS58122299A (ja) | 1982-01-09 | 1982-01-09 | 飛翔体の章動運動減衰方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58122299A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59500979A (ja) * | 1982-07-03 | 1984-05-31 | ドイツチエ フオルシユングス−ウント フエルズ−フスアンシユタルト フユ−ル ルフト ウント ラウムフア−ルト エ− フアウ | 回転子用磁気支承装置 |
JPS60245443A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-05 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | 制御式ラジアル磁気軸受装置 |
US4885491A (en) * | 1987-10-28 | 1989-12-05 | National Aerospace Laboratory | Unstable vibration prevention apparatus for magnetic bearing system |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54138078A (en) * | 1978-04-20 | 1979-10-26 | Shin Nippon Koa Kk | Honeycomb structure |
JPS5660800A (en) * | 1979-10-25 | 1981-05-25 | Mitsubishi Electric Corp | Three axis attitude controlling system for satellite |
-
1982
- 1982-01-09 JP JP57001953A patent/JPS58122299A/ja active Granted
Patent Citations (2)
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JPH0572177B2 (ja) * | 1984-05-18 | 1993-10-08 | Ntn Toyo Bearing Co Ltd | |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH026680B2 (ja) | 1990-02-13 |
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