Obwohl sie 40 Jahre lang in der Wüste von Arizona vor sich hin rostete, flog sie im Oktober 2016 meilenweit über Guam. Die Martin WB-57F mit einem NASA-Logo auf dem Heck stieg im Rahmen einer Mission namens POSIDON zur Erforschung von Zirruswolken und anderen atmosphärischen Phänomenen in die Troposphäre auf. In Höhen zwischen acht und elf Meilen flog sie um einen Taifun herum, tauchte in vulkanische Abgase ein, um Schwefeldioxid zu untersuchen, maß die Dichte und Dicke der Wolken und schnüffelte nach Ozonmolekülen.
„Zirruswolken sind nicht so gut erforscht“, sagt Eric Jensen, ein Atmosphärenforscher am Ames Research Center der NASA und einer der leitenden Forscher der POSIDON-Mission. Diese Strukturen, die die Ambosse von Gewitterstürmen bilden und in größeren Höhen die Menge an Wasserdampf und anderen Partikeln regulieren, die in die Stratosphäre aufsteigen, sind „eine der großen Unsicherheiten bei der Vorhersage des Klimawandels…. Daher sind diese Messungen der Wolken und das Verständnis ihrer Entstehung und Entwicklung sehr wichtig, um die globalen Modelle zu verbessern“, sagt Jensen.
Der westliche Pazifik ist das perfekte Labor für die Untersuchung von Zirruswolken, besonders im Herbst, wenn Gewitter an der Tagesordnung sind und Taifune jederzeit entstehen können. „Guam liegt mitten im Geschehen“, sagt Jensen. Warme, feuchte Luft, die vom Ozean um die Insel aufsteigt, treibt die Wolken in besonders große Höhen. Starke Winde scheren die Wolkenspitzen ab und bilden die spitzen Zirren, dünne Ströme aus Eiskristallen. Winzige Partikel – von Meeresschaum bis hin zu Schadstoffen aus asiatischen Fabriken – klettern in diese Ströme, wo sie um den gesamten Planeten herumgetragen werden können.
Die große Höhe dieser Formationen macht es schwierig, sie zu untersuchen – für die meisten Flugzeuge sind sie zu hoch, um sie mit schweren Instrumenten zu erreichen, und für Satelliten sind sie zu niedrig und zu zart, um sie mit einer Auflösung zu betrachten, die für genaue Messungen ausreicht. Doch 2011 bekam Jensens Team eine WB-57 in die Hände, und die hohen Zirren rückten in greifbare Nähe.
Das Flugzeug ist die letzte Version des B-57-Bombers und kann eine schwerere Nutzlast in größere Höhen befördern als alle anderen verfügbaren Forschungsflugzeuge. „Und es ist wirklich robust, so dass man in der Nähe von Konvektion – diesen großen Gewittern – fliegen kann, was eine turbulente Umgebung ist“, sagt Jensen. Mit den WB-57 können die Wissenschaftler Instrumente schicken, um die Wolken direkt zu untersuchen.
Das Flugzeug, das die Guam-Mission flog, und zwei weitere WB-57 – alle drei sind mehr als 60 Jahre alt – sind die einzigen Flugzeuge ihres Typs, die heute im Einsatz sind. Die B-57 kam eigentlich als English Electric Canberra auf die Welt, ein britischer düsengetriebener mittlerer Bomber, der während des Zweiten Weltkriegs entwickelt wurde, seinen Erstflug jedoch erst 1949 absolvierte. Ein Jahr später, als die Feindseligkeiten in Korea ausbrachen, suchte das US-Militär nach einem Ersatz für die Douglas B-26 Invader (die im Zweiten Weltkrieg als A-26 geflogen war). Um die Eignung der Canberra zu demonstrieren, unternahm der britische Bomber den ersten unbetankten Düsenflug über den Atlantik. Das brachte den Zuschlag für die U.S. Air Force. Die Glenn L. Martin Company erhielt die Lizenz zum Bau der amerikanischen Version, der B-57, die 1953 ihren Erstflug absolvierte. (Für den Einsatz in Korea kam sie zu spät, sie wurde zur Verteidigung des Waffenstillstands von 1953 dorthin geschickt.) Obwohl die amerikanische Version den Namen „Canberra“ offiziell nicht mehr trägt, nennen die meisten das Flugzeug immer noch so.
Die WB-57 der NASA fliegen vom Ellington Airport in Houston, nicht weit vom Johnson Space Center entfernt, als Teil der Höhenforschungsflotte der Behörde. Laut Charlie Mallini, dem Leiter des WB-57-Programms, besetzt das Flugzeug eine Nische in der Forschung. „Es ist eines der Kernflugzeuge der NASA für atmosphärische Arbeiten“, sagt er. „Es gibt nur so viele Flugzeuge, die in die Höhen fliegen, in die wir fliegen. Die anderen Höhenforschungsflugzeuge der NASA, die ER-2 (eine Version des U-2-Spionageflugzeugs) und die Drohne Global Hawk, fliegen mindestens so hoch wie die Canberra und haben eine größere Reichweite und Flugdauer. Allerdings kann die Canberra die dreifache Nutzlast der ER-2 und mehr als das Vierfache der Global Hawk tragen. Dank dieser Kapazität kann die WB-57 mehr als zwei Dutzend Instrumente transportieren, die sich auf den Bug, einen großen Nutzlastraum, Staufächer in den Flügeln und auf den Flügeln montierte Pods verteilen. Die Canberra ist auch das einzige der drei Forschungsflugzeuge, das ein Besatzungsmitglied auf dem Rücksitz mitnehmen kann, um die Instrumente zu bedienen und Daten an ein Team am Boden zu übermitteln. „Die Wissenschaftler können in Echtzeit entscheiden, wo sie hinwollen“, sagt Mallini. „
Mallini kam 2011 als leitender Ingenieur zu dem Programm, nachdem er zuvor am Constellation-Programm der NASA gearbeitet hatte, der gescheiterten Initiative, Astronauten zum Mond und zum Mars zu schicken. Im Jahr 2014 wurde er zum Projektleiter des WB-57-Programms ernannt. Er zeigt die Flugzeuge in ihrer Heimatbasis, dem Hangar 990 in Ellington, einem ehemaligen Luftwaffenstützpunkt. NASA 927, das Flugzeug, das die POSIDON-Mission geflogen hat, sitzt in der Nähe der Hangartür, während Tom Parent, einer der Canberra-Piloten, Gastpiloten der Naval Test Pilot School in die Bedienung des Flugzeugs einweist. (Kleine Gruppen von Fliegern des Zentrums trainieren jedes Jahr einige Tage lang auf der WB-57F, um Erfahrungen im Höhenflug zu sammeln). Ein zweites Flugzeug, die NASA 928, wird gerade einer größeren Wartung unterzogen; die Triebwerke wurden ausgebaut und der Frachtraum ist offen und leer. Das letzte Mitglied der Flotte, NASA 926, hockt am anderen Ende des Hangars, umgeben von instrumententragenden Paletten und Versandcontainern, die mit Werkzeugen, Ersatzteilen und anderen Ausrüstungsgegenständen für Einsätze außerhalb von Houston vollgestopft sind.
Mallinis Schützlinge sehen aus wie das Luftfahrtäquivalent von Muscle Cars. Ihre Flügel haben eine Spannweite von 122,5 Fuß – fast 20 Fuß länger als die Flügel einer U-2S – und sorgen für den nötigen Auftrieb, um Höhen zu erreichen, für die Druckanzüge erforderlich sind, was der WB-57F ihren Spitznamen einbrachte: der Long Wing. Ein kräftiges TF33-Triebwerk von Pratt & Whitney, das denen der B-52-Bomber ähnelt, ist in der Mitte jeder Tragfläche angebracht und verleiht dem Flugzeug eine Schubkraft von 31.000 Pfund. Diese Leistung macht den Start sowohl laut (der Geräuschpegel im Cockpit kann bis zu 105 Dezibel erreichen) als auch nervenaufreibend. „Das ist ein ziemlicher Augenöffner und für einen Erstflieger etwas beunruhigend“, sagt Parent. „Wenn die Triebwerke auf Startleistung hochgefahren werden, wackelt das ganze Flugzeug so stark, dass es schwierig ist, die Triebwerks- und Fluginstrumente abzulesen.“
Parent ist einer von vier Piloten des Oldtimers. Er nahm 2011 an dem Projekt teil, nachdem er aus der Luftwaffe ausgeschieden war. Während seiner 25-jährigen Militärkarriere diente er als Crew Chief für F-111s, flog dann B-52s und schließlich die U-2. Parent, der wegen seines dicken Schnurrbarts (Cookie Duster“), den er während eines Einsatzes in Afghanistan trug, den Spitznamen Duster“ erhielt, hat mehr als 900 seiner fast 8.000 Flugstunden in der Canberra absolviert. Im Cockpit sind Parent und seine Pilotenkollegen mit Instrumenten aus den 1960er Jahren konfrontiert. (Die Sensoren auf den Rücksitzen wurden durch moderne Glasdisplays ersetzt.) „Im Cockpit ist nichts automatisiert, außer dem neuen digitalen Autopiloten“, sagt Parent. „Die Cockpit-Anzeigen haben sich seit dem ersten Flug des Flugzeugs kaum verändert.“
B-57 dienten zwei Jahrzehnte lang, auch im Kampf in Vietnam. In den frühen 1960er Jahren wurde General Dynamics mit der Entwicklung des F-Modells für die Höhenaufklärung und Atmosphärenbeobachtung beauftragt. Die WB-57F, die von der 58th Weather Reconnaissance Squadron in New Mexico betrieben wurde, war weltweit im Einsatz, um Spuren von atmosphärischen Atomtests aufzuspüren. Die letzten militärischen B-57 wurden 1974 eingemottet und unter anderem durch das Überschallflugzeug SR-71 ersetzt.
Die NASA begann in den 1960er Jahren, Canberras von der Luftwaffe auszuleihen. Nachdem das Modell seine Nützlichkeit als Forschungsplattform bewiesen hatte, erwarb die Behörde dauerhaft zwei. Eine von ihnen diente zunächst als Aufklärungsflugzeug, einschließlich eines Einsatzes auf der Rhein-Main Air Base in Deutschland, während die andere als Bomber begann und in den USA eingesetzt wurde. Beide wurden etwa 10 Jahre nach ihrem Einsatz zu RB-57F-Modellen umgebaut. „Die Geschichte ist eines der interessantesten Dinge an diesen Flugzeugen“, sagt Parent. „Jeder schaut sie sich an und ist erstaunt, dass es sie noch gibt. Die meisten von ihnen stehen in Museen. Tatsächlich haben wir nach Museen für unser letztes Flugzeug gesucht, bis wir eines auf dem Schrottplatz fanden.“
Air Force 63-13295, ebenfalls eine RB-57F, wurde im Juli 1972 auf dem Luftwaffenstützpunkt Davis-Monthan in Tucson ausgemustert. Dort stand sie fast 39 Jahre lang und brannte unter der Wüstensonne. Im Mai 2011 stiegen NASA-Ingenieure auf den Schrottplatz hinab, um die Maschine wieder aufleben zu lassen. „Wir sahen uns die anstehenden Arbeiten an und erkannten den Bedarf für ein drittes Flugzeug“, sagt Mallini. „Das war sozusagen unsere letzte Chance. Die Flugzeuge waren langsam am Verrotten. Und unsere Flugzeuge waren in die Jahre gekommen. Es ist wie eine Versicherungspolice. Und da wir oft ein Flugzeug für Wartungsarbeiten ausfallen lassen müssen, können wir mit dem neuen Flugzeug immer noch zwei Flugzeuge zur Verfügung haben.“
Es dauerte zwei Jahre, um das Flugzeug zu verjüngen, wobei Teile aus anderen verschrotteten Flugzeugen verwendet wurden. (Eine zweite Flugzeugzelle, die während ihrer Lagerzeit stärker beschädigt worden war, diente als Prüfstand, um den Ingenieuren zu zeigen, wie sie Dinge auseinandernehmen und wieder zusammensetzen können, bevor sie einen Schraubenschlüssel oder Schraubenzieher an 63-13295 ansetzten.) „Wir haben es bis auf das blanke Metall zerlegt“, sagt Mallini. „Die Tragflächen wurden in Vorrichtungen montiert und von Grund auf neu aufgebaut. Dann haben wir sie langsam aber sicher wieder zusammengesetzt.“ Im August 2013 erhob sich die umbenannte NASA 927 zum ersten Mal seit mehr als vier Jahrzehnten in die Lüfte – eine der längsten Pausen für ein Flugzeug, das auf einem Schrottplatz abgestellt wurde.
Die Instandhaltung von drei sechzig Jahre alten Flugzeugen kann sehr zeitaufwändig sein. Ersatzteile für ihre älteren Systeme sind nur in Museen und auf Schrottplätzen zu finden. Der Rumpf des Flugzeugs, das als Prüfstand für die Restaurierung der NASA 927 diente, wurde zum Beispiel nach Utah verschifft, um ein Upgrade für den Schleudersitz zu testen. Dann wurde er nach Houston geschickt, wo das NASA-Wartungsteam die Gashebel und andere Hebel, Drähte und „eine Reihe anderer Kleinigkeiten“ abmontierte, so Mallini. „Wir haben so viel geschnorrt, wie wir konnten. Es gibt nur sehr wenige flugzeugspezifische Teile.“
Erschwerend kommt hinzu, dass die Original-Konstruktionszeichnungen manchmal unvollständig oder gar nicht vorhanden sind. Infolgedessen muss das Team manchmal Komponenten zurückentwickeln und sie von Hand oder mit 3D-Druckern herstellen. Einige Systeme lassen sich nicht mehr überarbeiten und neu erschaffen. Dazu gehörte der analoge Autopilot aus den 1960er Jahren, der mit Vakuumröhren arbeitete – Bauteile, die man nicht bei Fry’s oder sogar bei Amazon findet. „Wir hatten Leute, die das Internet nach Röhren durchforsteten“, sagt Alyson Hickey, Chefingenieurin des Canberra-Programms. „Schließlich haben wir das ganze Ding durch einen modernen digitalen Autopiloten ersetzt.“ Darüber hinaus hat das Programm die Schleudersitze durch ein Modell ersetzt, das in der F-16 verwendet wird, das Fahrwerk aufgerüstet und ein neues Satellitenkommunikationssystem installiert.
Das Canberra-Programm trägt dazu bei, die Rechnung für diese umfangreichen Modifikationen und Reparaturen zu bezahlen, indem es Instrumente für andere Regierungsbehörden, Hochschulen und den kommerziellen Sektor fliegt. Vor zehn Jahren war einer der besten Kunden das Verteidigungsministerium, das das Flugzeug wochenlang für sein Programm „Battlefield Airborne Communications Node“ buchte. Die Canberra war mit einer Ausrüstung ausgestattet, die sie zu einem „Universalübersetzer“ machte. Flugzeuge und andere Einrichtungen, die inkompatible Kommunikationssysteme verwenden, konnten mit der Canberra miteinander kommunizieren. Mit übermalten NASA-Logos versehen, wurden die Flugzeuge ab 2008 nach Afghanistan entsandt, wo sie 50 Einsätze absolvierten. Die Auslandseinsätze endeten 2012, als die Rolle von anderen Flugzeugen übernommen wurde, aber die WB-57 führen immer noch Entwicklungstests für das Programm in den USA durch.
Der größte Teil der täglichen Arbeit der Canberras besteht jedoch in der Durchführung von Luftaufklärungsflügen. Sie sind die idealen Flugzeuge, wenn eine ungewöhnliche Aufgabe auf sie zukommt. Im August 2017 beispielsweise beobachteten zwei WB-57 in einem Abstand von etwa 50 Meilen fast acht Minuten lang die totale Sonnenfinsternis entlang der Sonnenbahn über den Vereinigten Staaten. Normalerweise untersuchen die WB-57 die Luft. Während der Sturmsaison 2015 überflog eine Canberra vier Formationen: Hurrikan Joaquin und Tropensturm Erika im Atlantik sowie die Hurrikane Marty und Patricia im Pazifik. Sie flog in einer Höhe von 60.000 Fuß oder höher und zeichnete Figure-4- und andere Muster auf, die sie ein bis drei Mal pro Flug direkt über das Zentrum jedes Sturms führten. „Wir mussten uns nie Sorgen machen, dass jemand sagen könnte: ‚Dieser Hurrikan ist zu groß, um ihn zu überfliegen'“, sagt Daniel J. Cecil, Forscher am Marshall Space Flight Center der NASA in Alabama und Hauptverantwortlicher für eines der Instrumente zur Vermessung der Stürme.
Für ein Experiment warf das Flugzeug mehr als 800 kleine Sonden, so genannte Dropsonden, in die vier Stürme ab, von denen jede etwas kürzer und breiter als ein Papierhandtuchschlauch war. Während des 10- bis 15-minütigen Sinkflugs übermittelten sie Windgeschwindigkeit und -richtung, Lufttemperatur und -druck, Luftfeuchtigkeit und Meeresoberflächentemperatur zusammen mit der per GPS ermittelten Höhe an das Flugzeug zurück. In einem zweiten Experiment wurden Mikrowellen zur Messung der Windgeschwindigkeit an der Meeresoberfläche eingesetzt. „Es ist schwierig, eine direkte Messung über dem offenen Ozean vorzunehmen, besonders wenn die Oberfläche von Winden mit 100 Meilen pro Stunde aufgewühlt wird“, sagt Cecil. „Und Instrumente auf Satelliten werden durch den Regen geblendet oder können die Windgeschwindigkeit nicht auflösen. Cecils Instrument misst die erhöhte Mikrowellenstrahlung, die von dem aufgewirbelten dicken Meeresschaum ausgeht; die Intensität der Strahlung zeigt die Geschwindigkeit des Oberflächenwindes an, der sie erzeugt.
„Patricia war der interessanteste Sturm“, sagt Cecil. „Im Laufe eines Tages entwickelte er sich von einem Tropensturm zum stärksten Hurrikan, der je in diesem Teil der Welt gemessen wurde. Bei einem Durchgang durch das Zentrum haben wir das gesamte Auge und die Augenwand gemessen. Wir erhielten wirklich gute, detaillierte Proben.“
Die vielleicht ehrgeizigste atmosphärische Mission war POSIDON, das Guam-Projekt von 2016. (Der Name der Mission ist die Abkürzung für Pacific Oxidants, Sulfur, Ice, Dehydration, and cONvection.) Es sollte die physikalischen und chemischen Prozesse in der Nähe der Tropopause beleuchten, der Grenze zwischen der unteren Schicht der Atmosphäre, der Troposphäre, und der nächsthöheren Schicht, der Stratosphäre. „Die Zirruswolken, die sich dort bilden, dienen der abschließenden ‚Gefriertrocknung‘ der Luft auf ihrem Weg in die Stratosphäre, aber die Details des Prozesses sind kompliziert“, sagt Troy Thornberry, Forscher an der University of Colorado Boulder, der mit der National Oceanic and Atmospheric Administration zusammenarbeitet und der Hauptverantwortliche für mehrere POSIDON-Instrumente war. „In der Vergangenheit haben die Klimamodelle die Stratosphäre ignoriert, weil wir dachten, dass es dort oben nichts Interessantes gibt“, sagt er. „Je detaillierter die Modelle wurden, desto klarer wurde jedoch, dass es Lücken in unserem Wissen über die Stratosphäre gibt, die wir schließen sollten. Dieser Übergangsbereich ist auch der Ort, an dem Partikel wie Aerosole in die Stratosphäre getragen werden und dann um den Globus kreisen können, wobei sie das Sonnenlicht streuen und zur Zerstörung des Ozons führen. Thornberry und andere versuchen, die Prozesse in der Stratosphäre jetzt zu verstehen, bevor sie durch menschliche Aktivitäten weiter verändert werden.
Um diese Studien durchzuführen, machten sich mehrere Dutzend Wissenschaftler, Ingenieure, Piloten und Techniker auf die 7.500 Meilen lange Reise von Houston nach Guam. Da die Hangars auf der Andersen Air Force Base gerade umgebaut wurden, teilte sich das Flugzeug – die NASA 927 – einen Wartungshangar der United Airlines auf dem Guam International Airport, wo die Besatzung der Fluggesellschaft das Wissenschaftsteam oft zum Mittagsbuffet einlud.
In den drei Wochen auf der Insel führten die Teams neun wissenschaftliche Flüge durch. „Es war eine anspruchsvolle Mission, vor allem wegen der Hitze“, sagt Tom Parent, der mehrere der Flüge flog. „Es war so heiß und man war so dehydriert, dass man, wenn man in der Luft war, schon ein bisschen kaputt war. Dann war man etwa sechs Stunden in der Luft, und auf dem Rückflug zu einer Insel ohne viele Umleitungsmöglichkeiten musste man Benzin sparen, was ein wenig beunruhigend war.“
Bei vielen dieser Einsätze flogen die Flugzeuge in der Nähe großer konvektiver Gewitterzellen und stiegen von 43.000 Fuß auf 60.000 Fuß und wieder zurück, um Proben zu sammeln. Auf zwei Flügen untersuchte die Canberra den Ausfluss des Taifuns Haima, und auf ihrem letzten Flug tauchte sie in Wolken vulkanischer Gase von Inseln in Papua-Neuguinea ein, um Schwefelverbindungen zu untersuchen. Bei einigen Flügen untersuchten ballongestützte Instrumente denselben Himmelsausschnitt wie die NASA 927, um die Daten ihrer Nutzlast zu überprüfen.
Die Instrumententeams überwachten die Flüge vom United-Hangar aus und nutzten die Bilder des Wettersatelliten, um das Flugzeug zu den besten Stellen für die Probenahme zu lenken. „Es war sehr interaktiv“, sagt Eric Jensen. „Unsere Flugrouten änderten sich fast ständig, um die interessantesten Daten zu erhalten.“ Jensen nimmt seit Mitte der 1990er Jahre an wissenschaftlichen Projekten aus der Luft teil und bezeichnet POSIDON als „eine der besten Kampagnen meiner Karriere. Sie waren mehr als bereit, in Regenstürmen zu starten und zu landen, was die ER-2 nur ungern tut und der Global Hawk nicht einmal in Erwägung zieht. Es war einfach ideal für diese Aufgabe. Jensen schlägt Folgemissionen vor, um die Bedingungen rund um Japan, vor der Küste Afrikas und in der Arktis zu untersuchen. „Das wird uns helfen, ein vollständiges Bild davon zu bekommen, wie Aerosole weltweit verteilt sind“, sagt er.
Aber die Canberras haben bereits eine lange Karriere hinter sich, und es ist nicht sicher, wie lange sie noch flugtauglich sein werden. Vor allem eine große technische Herausforderung zeichnet sich ab. Alle großen, maschinell bearbeiteten Originalteile in den Flügeln der NASA 926 und 928 bestehen aus einer Aluminiumlegierung namens 7079-T6. Zu der Zeit, als die Flugzeuge hergestellt wurden, „war das Material einfach großartig“, sagt der leitende WB-57-Ingenieur Kevin Krolczyk. „Jahre später fand man jedoch heraus, dass es schlechte Spannungskorrosionseigenschaften hat – es ist sehr anfällig für Spannungskorrosionsrisse“. Jegliche Spannung, einschließlich des „Durchhängens“ der Tragflächen, wenn die Flugzeuge am Boden sind, verschlimmert das Problem. „Niemand benutzt es jetzt. Aber wir können es nicht, weil die gesamte Struktur aus diesem Material besteht“, sagt Krolczyk. Die Wartungsmannschaften inspizieren die Tragflächen routinemäßig, und das Team hat einige kleinere Teile des Holms ersetzt – insgesamt etwa 10 bis 15 Prozent. (Da das Team die NASA 927 ohnehin weitgehend umbauen musste, nutzte es die Gelegenheit, sie mit neuen Flügeln auszustatten). „Wir inspizieren viel und haben gute Reparaturverfahren, aber irgendwann wird das nicht mehr ausreichen“, sagt Krolczyk. „Die Frage ist, ob das in zwei oder 20 Jahren der Fall sein wird. Es ist wirklich schwer zu sagen.“
Allerdings sieht Charlie Mallini keinen Grund zur Beunruhigung und fügt hinzu, dass die Wissenschaft, die sie liefern, die Mühe wert ist, diese Flugzeuge lange über den Tag hinaus zu erhalten, an dem der Rest ihrer Produktpalette in Rente geschickt wird. „Wir werden weitermachen“, sagt er. „Es gibt keine Pläne, diese Flugzeuge aus dem Verkehr zu ziehen“. Arizona wird noch eine Weile warten müssen, bis die NASA 927 wieder auf dem Schrottplatz steht. Sie muss einen Hurrikan überstehen.
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Diese Geschichte ist eine Auswahl aus der Oktober/November-Ausgabe des Air & Space Magazine
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