坦克战场生存之道,四种不同硬核伪装技术

良陆海 2024-08-07 19:42:42

坦克素有“陆战之王”之称,其具备坚固的装甲防护能力、迅猛的战场推进能力以及强大的火力打击能力,使得它在各大陆地战场上轻松瓦解敌军防线、突破敌方阻碍、打击敌方要害,达成作战目的,崭露头角。在俄乌冲突的战场上,西方国家对乌克兰提供的大量无人机曾对俄军坦克构成了严重威胁。根据最新消息,无人机对俄军坦克造成的损失已显著减少,据英国国防部1月29日发文称,自大约两年前俄罗斯对乌克兰发起特别军事行动以来,俄罗斯已经损失约2600辆主战坦克,而2023年俄罗斯损失的战斗车辆比2022年减少约40%。这表明无人机对坦克的威胁似乎正在减弱。这一转变不仅得益于坦克拥有高效的自身防护系统,能够成功抵御无人机的攻击,更因为坦克配备了先进的伪装系统,使得敌方难以探测和发现坦克的踪迹。

随着各种侦察手段的不断更新,包括可见光、红外线、雷达、无线电和声音等多种侦察手段的进步,使得现代坦克在战场上难以躲藏,生存面临更大挑战。在当今追求“发现即摧毁”的现代作战环境中,坦克必须掌握幽灵般的技巧,使得敌人对其巨大的体积视而不见,以免过多地暴露于各种勘察手段之下,这是现代坦克掌握隐身技巧的关键所在。随着情报技术的不断更新,传统的单一波段伪装隐身已然跟不上当今战场的节奏,坦克伪装隐身系统迫切需要向更综合、更智能、更系统化的方向迈进。接下来将探讨坦克伪装隐身系统的四种现代常用技术。

可视伪装技术

作为坦克伪装领域的重要分支,视觉伪装技术旨在通过调整坦克的外观特征,使其与战场环境浑然一体,进而在可见光范围内显著降低坦克被敌方侦察和识别的风险,实现高效的隐身伪装。自坦克伪装技术的早期发展阶段至今,视觉伪装已从简单的色块伪装演变至当前先进的自适应伪装系统,经历了显著的技术演进。

从战场视角出发,视觉伪装技术可细分为遮障伪装和迷彩伪装两大类。其中,遮障伪装技术主要借助伪装遮障和伪装网等材料,有效遮挡视线和雷达波,使坦克更好地融入战场环境。其主要根据地形特点和应用分为直接掩盖高出地面的目标、利用高大垂直构面遮挡敌方视线、改变遮障形状布局三种方法进行伪装。

为了提升坦克的隐身性能,部分伪装网采用特殊纺织技术制造,它们能够吸收坦克散发的热辐射,减少雷达波的反射。以萨博公司研发的ULCAS伪装网为例,其在部署时具备低检测概率的特性。这款ULCAS伪装网采用三维设计,具有独特的3D表面结构,由两层精心设计的纺织品构成。其中,背衬层上缝制了装饰层,使得伪装网具备不易卡住的特性,从而延长了使用寿命,并简化了快速部署和重新部署的流程。

尽管美国MARPAT迷彩的设计与加拿大CADPAT有相似之处,但在色彩运用上却有着细微的差异(以上二图)

ULCAS伪装网的多光谱特性使其能够有效应对战场上各类传感器的侦测。它能够处理并抑制雷达波的输入信号,防止其反射回原始雷达源,但同时也对自身的GPS和通信信号形成了一定的阻隔。由于伪装网中融入了宽带雷达吸收器,这也带来了一个挑战,即来自通信设备的无线电波难以穿透该网络。为了克服这一局限,萨博公司进一步研发了ULCAS-FSS伪装网。这款新型伪装网允许用户选择性地允许特定频率的信号进出系统,从而平衡了隐身性能与通信需求。此外,萨博公司还在积极探索使用有机材料的伪装技术,以应对高光谱传感器的侦测挑战。

尽管伪装网在提升坦克隐蔽性方面功不可没,但其对坦克机动性可能带来的潜在影响亦不容忽视。因此,在实际应用中,坦克伪装网常与迷彩涂料协同使用,旨在适应多样化的战场环境并最大化伪装效果。

迷彩伪装技术通过精心调配的迷彩涂料和独特的斑点设计,实现坦克表面与周围环境的自然融合,进而减少被敌方视觉侦察识别的风险。例如,在二战期间,盟军的“萤火虫”坦克巧妙地在下半部炮管上应用了深浅两色的波浪色块,显著增强了其伪装效果。而在苏联卫国战争的激烈对抗中,面对德军战机的猛烈轰炸,苏军受到蝴蝶斑点图案的启发,迅速研发出了具有蝴蝶特征迷彩图案的伪装网和伪装衣,通过虚实结合的策略,让德军在战场上倍感困惑和狼狈。

然而,鉴于现代侦察探测技术的飞速发展,高分辨率航空和卫星成像侦察已具备识别0.3米尺寸物像的能力,这使得传统迷彩伪装在应对此类侦察时显得力不从心。因此,数码迷彩,即数字化迷彩技术应运而生。该技术的设计理念在于通过精细的色块布局,分割并扰乱目标物体的轮廓,同时使颜色与背景自然融合,进而降低目标的识别度。与传统的四色或三色迷彩中大型色块相互接触的布局不同,数码迷彩采用了连续、碎片化的不同颜色小色块设计。其图案设计充分考虑了人眼的视觉分辨率限制,比如在100米的距离上,人眼难以分辨小于3厘米的细节。这一特性使得数码迷彩在近距离时,其微小图案细节不易被察觉,从而增强了伪装效果。而从远处观察,不同颜色斑点通过并置、交错,形成空间混色,模拟出背景群落物象特征,如树影摇曳、丛林或沙漠中的树叶、碎石等斑驳效果。这种设计不仅能在近距离造成“视错觉”,还能在远距离形成大斑点分割效果,为坦克等目标提供了更为全面的伪装保护。

当前,数码迷彩领域中的佼佼者无疑是加拿大的“先进性能”CADPAT数码迷彩。加拿大军方的深入研究表明,与传统的单色军绿设计Olive Drab相比,CADPAT数码迷彩显著降低了士兵在50~300米距离内被发现的概率,降幅高达45%。更具体地说,敌人在距离此种迷彩装备原可发现距离35%的范围内才能勉强分辨出其轮廓。

此外,美国的MARPAT迷彩同样展现了数码迷彩技术的先进性。尽管其设计与CADPAT有相似之处,但在色彩运用上却有着细微的差异。作为美国军队首次采用的分裂性数码图案,MARPAT迷彩在十年前就已被提出,其设计理念涵盖了丛林、沙漠和雪地三种战场环境,确保士兵在不同地形下都能获得良好的伪装效果。在CADPAT和MARPAT迷彩设计的基础上,约旦KA2数码迷彩进一步融合了分形技术,其设计不再局限于模拟自然背景,而是运用扰乱性迷彩的原理,通过复杂的图案布局,让敌人难以捕捉到穿着者的轮廓和结构特征,从而大幅提升了伪装效果。

除此之外,英国陆军装甲试验与开发部门(ATDU)研发的多色数字迷彩(MCDC-5)采用了多种创新技术,显著提升了“挑战者”2型坦克在战场上的隐蔽性。该迷彩不仅能够有效延长敌方发现目标所需的时间,为坦克及其乘员在遭遇攻击时提供了更多生存机会,还展现了其在提高生存力方面的巨大潜力。MCDC-5的名称中“5”指的是其所使用的五种独特油漆。这些油漆不仅颜色各异,还具备不同的热吸收、雷达吸收和反射特性。当肉眼或光学设备(如热像仪)进行侦察时,这些特性能够巧妙地扭曲坦克的外观,使其形状难以辨识。此外,这些油漆还能帮助坦克更好地融入周围环境,通过在某些区域增加亮度,同时掩盖其他区域的轮廓,从而极大地增加了敌方识别坦克位置和朝向的难度。

声隐身技术

坦克的声隐身主要指的是通过采用各种技术手段来降低坦克在运行和作战过程中产生的噪声,从而使敌方难以通过声音侦察手段发现和定位坦克。

现代主战坦克因其大功率涡轮增压柴油发动机和变速箱的运转,以及进排气过程,产生的低频噪声传播距离较远。另外,主动轮、从动轮、负重轮与履带啮合时产生的金属碰撞声,以及履带碾压地面碎石时发出的明显声音,使得坦克很容易被敌方通过技术手段侦察发现。

混合动力系统是指可采用由单一发动机与发电机,亦可由双发动机同双发电机组成的混合动力装置。混合动力模式即在坦克起步时电池会给电动机供电,电动机将动力输出给变速器,最后驱动坦克行驶。混合动力系统,实际上是一种集多种功能于一体的综合性装置。其构成主要涵盖混合动力装置、变流器、直流电源、驱动电机、紧凑大容量脉冲电源,以及控制与热管理设备。另外,混合动力装置的设计独具匠心,将发动机与配备解脱离合器的高效能发电机及启动电机融为一体。在执行任务时,混合动力系统不仅能通过混合动力装置,还能依靠大容量蓄电池电源,为车辆行驶提供所需的能量。这一设计创新使得混合动力坦克能够从外部电源进行充电,从而极大地拓展了其能量补给渠道。从这一角度来看,混合动力系统无疑是坦克各类部件所需能量的核心动力源。

采用MCDC-5迷彩涂装的英国“挑战者”2主战坦克

值得一提的是,该系统在工作过程中,高效地将热能转化为电能,为电磁炮、电热化学炮等前沿技术在混合动力装甲车辆上的应用奠定了坚实基础。具体来说,就是主战坦克在平时的行军过程中使用大功率涡轮增压柴油发动机或者燃气轮机输出功率,并且带动发电机产生电能,储存在高容量蓄电池中。当进入到战场环境后,主战坦克的大功率涡轮增压柴油发动机或者燃气轮机停止运转,由高容量蓄电池中储存的电能来驱动电动机,进而带动主动轮。在行驶过程中,如果需要上坡或超车等大功率运行时,发动机与电动机之间的离合器会耦合,使发动机与电动机形成一个串联输出的模式,同时电池也会输出电力给电动机提供能量。而在下坡或刹车的情况下,发动机与电动机之间的离合器会进行解耦,车轮带动电动机反转给电池充电。

2011年,美国杜克大学卡默尔教授的研究团队取得了一项引人注目的突破,他们成功开发出了一种二维声学斗篷。这种斗篷具备一种特殊功能,即能确保一块10厘米大小的木块在声波探测中不被察觉。2014年3月,杜克大学的科研团队再次取得显著进展,他们成功制造出了世界上首个三维声学斗篷。这一装置采用了声隐身超材料技术,通过引导入射声波沿斗篷表面传播,既无反射也不透射,实现了对探测声波的完美隐身效果。三维声学斗篷的构建基于一系列具有重复排列小孔的塑料板,这些板在3千赫兹的声波频率下表现出了卓越的隐身性能,这一成果进一步验证了声学斗篷在主动声呐对抗领域的应用潜力。展望未来,随着科学技术日新月异的发展,我们有理由相信这种声学斗篷技术有望应用于坦克等军事装备中,帮助军队在战场上实现真正的“隐身”作战,从而大幅度提高作战的隐蔽性和安全性。

全橡胶履带的应用也能有效降低坦克噪声信号。这种履带由特殊加工制造的橡胶制成,具有良好的弹性和耐磨性,在坦克实施机动作战时,可以有效消除主战坦克金属车轮与金属履带之间啮合的噪声,同时,能够减少与地面接触时的摩擦力,从而降低履带碾压地面的声音,由于其重量更轻,还可以在相当程度上降低坦克的战斗全重,提高坦克的机动性。

瑞典国防公司萨博(SAAB)研发的“梭子鱼”移动伪装系统(MCS)同样备受瞩目

雷达和红外伪装技术

红外光,作为电磁波的一种,特指波长在0.77~15.4微米范围内的辐射。在战场上,无论人体还是各类武器装备,只要存在热量,自身便会不可避免地发出强烈的红外辐射。即便是那些经过精心设计的现代坦克,在行进和作战时也会显著释放红外光。

雷达探测坦克的机制,其核心在于坦克对雷达波的反射特性。雷达系统发出电磁波,当这些波与坦克相遇时,部分波会被反射并被雷达接收器捕获。通过分析这些反射信号,可以准确判断坦克的位置、尺寸及可能的形态。

现代坦克在应对雷达与红外侦察时,汲取了空天战场上战斗机的经验。其核心在于最小化雷达反射信号和红外辐射。在战场上,这两种侦察手段往往相辅相成,共同揭示战场态势。自上世纪起,坦克设计师们便开始关注如何通过改进设计来减小雷达反射面积和红外辐射方向,从而提高坦克的伪装能力。当前,各国正积极研发隐身材料,这些材料通过吸收雷达波、改变红外特征、降低噪音等手段,直接作用于坦克装备上,以减少其在不同探测波段的特征信号。这些努力旨在实现坦克在战场上的隐身效果,有效降低其在可见光、红外和雷达频段被探测到的概率。

坦克雷达隐身外形技术的研究其实在20世纪末随着电子战进入新发展阶段已经开始,并且在新型坦克上得到有效应用,在战场上得到实战验证。欲研究坦克雷达隐身技术,则需首先懂得雷达对坦克的探测原理。同大多数雷达探测目标一样,雷达探测坦克主要依靠有源辐射对目标发射电磁波,在电磁波遇到目标物体时会发生反射,反射可能是单次反射也可能是多次反射,根据入射角的不同而不同,反射雷达电磁波在回到雷达接收机后,雷达终端处理器即可根据反射信号确定目标位置。根据多个反射信号可进一步分析得到坦克外形、尺寸等参数,再根据己方数据库可进一步分析坦克具体型号与其它参数,以便己方选择对应武器对坦克进行打击。

那么根据雷达对坦克的探测原理,不难发现,欲对雷达探测形成隐身,可以从减少雷达电磁波在坦克上的反射波进行研究。而这主要包括两个方向:一个是在坦克自身反射层下功夫,尽可能地吸收探测波,减少反射波的能量;一个是改变探测波的反射方向,使其无法按照传输往雷达接收机的方向进行反射,实质也就是通过改变坦克外形结构来改变雷达探测波的反射方向,使其成为强散射。

产生雷达回波的主要结构有方三角反射器、直二面角反射器、平面、圆柱体、球体等。其中以方三角反射器回波最为强烈。方三角反射器使雷达波经过多次反射后回到雷达入射方向,从而会形成较强的雷达回波。而在传统坦克制造中,这种方三角反射结构存在很多处,因此通过改变坦克外形构造尽可能减少方三角构型的使用,可有效减少雷达收到的回波。此种雷达隐身技术在五代战机上已得到成功应用,以美军F-35战机为例,传统飞机设计中的平坦和宽大表面容易被雷达波检测到,因此隐身战斗机通常采用多角度、复杂的几何形状,使得雷达波从不同的角度入射时能够向多个方向散射,极大地减少返回雷达的信号量。(类)球体和(类)柱体则会对入射雷达波产生较强的散射,会向着多个方向进行散射,从而减少平行于入射波方向的回波。坦克外形设计中尽可能多采用(类)球体与(类)柱体,避免过多地采用方三角反射结构即可大幅降低敌方雷达探测效果。

印陆军向印初创公司Hyper Stealth Technologies Private Limited订购了第一份用于机械化部队的综合机动伪装系统

雷达吸收材料往往是由多层不同材质的复合材料构成的,每一层都具备独特的电磁特性,这样的设计旨在吸收不同频段下的雷达波。坦克在战场上主要面临的雷达威胁主要集中在厘米波波段和毫米波波段,多采用脉冲压制体制和脉冲多普勒体制。选用针对此区域波段的特殊材料可以有效吸收雷达波的照射。这些材料混合了金属与非金属元素,如碳、铁氧体以及一些特殊的合金。为了增强其吸收性能,这些材料的表面还会经过特殊的处理,形成如锥形、金字塔形或其他多面体形状的微观结构。这些精心设计的结构有助于增加雷达波在材料表面的入射路径,进而提升对雷达波的吸收效率。

美国Armor Works公司推出的TartiCam 3D战术伪装套件在军事伪装领域堪称翘楚。这款套件的核心在于其由树脂材料打造的伪装面板,这些面板能够展现出不规则、多层次的立体图形,打破了传统装甲板的平面外观。这种设计巧妙地干扰了光学观测系统的对焦,大幅降低了车辆被红外传感器、雷达或光学器材探测的风险,使得敌方难以迅速发现目标。TactiCam的轻质贴花面板更是集成了红外线或雷达吸收抑制材料,并填充了绝缘材料,不仅有效抑制了频谱频率的发射,还降低了太阳热增益,进一步提升了隐蔽性。

萨博公司研发的“梭子鱼”移动伪装系统和ULCAS 2伪装网

此外,瑞典国防公司萨博(SAAB)研发的“梭子鱼”移动伪装系统(MCS)同样备受瞩目。该系统采用先进的颜料、涂料和材料混合技术,能够高效吸收坦克和装甲车辆的热辐射。其独特的非发光特性使得装备轮廓变得模糊,实现了“隐身”效果,据称可将被发现的概率降低至约90%,显著提升了战场上的隐蔽性。该系统还能根据紫外线、视觉、近红外线、短波红外线、热红外线和雷达信号等不同类型的传感器,提供定制化的伪装解决方案。MCS的设计不会降低原始车辆配置的操作用途或功能,由互锁面板组成,通过各种技术链接到车辆上,而这些技术都不需要对车辆构造进行修改。

MCS在色彩选择、设计理念和性能表现上均得到了全面的优化,能够迅速适应各类任务与战区环境。通过集成携带系统、遮阳网及避难所等多样化功能,MCS显著增强了其任务特定能力,确保在数小时内即可适应不同作战需求。同时,简化了物流流程,使车辆能够在极短的时间内,无需额外的喷漆或安装复杂组件,如额外空调等,便能在任何环境中进行训练或执行多样化任务。其设计能有效抵御灰尘的侵袭,它通过精细控制车辆周边的气流流动,以优化视野并最大限度地延长滤清器、发动机和底盘的维护周期,确保车辆的高效运行。

英国BAE系统公司“电子墨水”系统预想模拟效果

在俄乌战场上,卡拉什尼科夫集团所研发的Nakidka伪装系统得到了实战检验。该系统以辐射吸收材料RAM为核心,即所谓的Nakidka,这也是其命名的依据。这种材料由多层结构构成,每层厚度在8~10毫米之间,每平方米质量约为2千克,同时融合了其他工业隔热材料。经过精心加工,Nakidka材料被制成迷彩外罩,覆盖在坦克表面,显著降低了坦克在战场上的可见度。

该迷彩外罩的致密织物由一种特殊材料构成,具有卓越的防护性能。它能够有效降低来自四个渠道的导弹制导过程,包括热感、无线电热光束、雷达反射以及红外目标感知,从而在白天和夜间都能有效阻碍针对坦克的袭击,其内层能够捕获特定光谱带内的辐射,而外层则提供全面的保护。

在装备了Nakidka系统后,坦克表面的温度能够迅速与周围空气温度同步,显著减少了被敌方侦察设备发现的几率。同时,红外导弹头对其的探测难度也大幅提升,增加了二至三倍。此外,Nakidka系统不仅能够有效抵御侦察设备的探测,还能够在战斗环境下承受小型武器及凝固汽油弹的攻击,且具备较长的免维护使用寿命。在成本方面,Nakidka系统提供了极具性价比的选择,2005年每套系统的成本约为2,675美元,该系统为装备车辆机组人员的安全提供了一种经济而高效的保护方案。

据报道,俄罗斯在2022年春季的俄乌冲突中,部署了Nakidka系统。开源情报(OSINT)消息源透露,T-90M Proryv坦克上就装备了这种伪装层。

模拟伪装技术

在军事伪装策略中,模拟伪装技术扮演了至关重要的角色,它借助与真实坦克高度相似的假目标来分散敌方注意力,有效保护实际坦克免受攻击。这些假目标不仅外观逼真,而且在光学、红外和雷达探测中均能模拟真实坦克的特征,巧妙引导敌方火力偏离真实目标。

目前,Kindle阅读器是大家熟知的应用电子墨水技术的产品,但鲜为人知的是英国BAE系统公司正积极研发“电子墨水”伪装系统,旨在实现坦克在移动过程中的实时伪装。

电泳式电子墨水技术通称为电子墨水(Electronic Ink)。将电子墨水涂布在一层塑料薄膜上,再贴覆上薄膜晶体管电路,经由驱动IC控制,形成像素图形,创造了电子纸显示屏(Electronic Paper Displays, EPD),具体而言这是一块用墨水、也像墨水制造出的屏幕。

电子墨水有许多优点,包括易读性、柔性、易廉价制造和低功耗。因为电子墨水是柔软的,它可以用到原先显示技术必须要用到的刚劲坚硬和平的表面所不能用的地方。因此,电子墨水可以应用到像坦克等表面是非平面的武器装备上。

该系统借鉴了变色龙和乌贼利用墨汁融入环境的机制,其核心在于一种灵活的显示技术,可覆盖于坦克表面,形成一层可编程的“伪装层”。通过内置的微型摄像头和传感器,该系统能够实时捕捉并解析周围环境的视觉数据,进而转化为与之相匹配的颜色和图案,并实时显示在坦克外部。

Adaptiv系统的5.5英寸六边形电热电池

相较于传统的迷彩涂装,“电子墨水”系统展现出更为灵活和高效的伪装性能。其独特的实时调整能力使得坦克能够根据战场环境的变化快速适应,从而实现近乎完美的模拟伪装效果,显著降低被敌方探测和识别的风险。

受某些能够根据周围环境改变自身的颜色和温度的动物的启发,科学家们利用多种智能化算法,如遗传算法、神经网络等,来优化热伪装材料的红外光谱选择,发展智能热伪装技术,使坦克在红外侦察设备上模拟成其他目标特征更难被敌方发现,从而实现与环境的融合,提高坦克的生存能力。

如英国BAE系统公司研发了名为Adaptiv的新型红外隐身系统。该系统的设计灵感来源于自然界中的“变色高手”,如乌贼等头足类动物,它们能够迅速调整肤色和图案以融入环境。Adaptiv系统通过数百个5.5英寸的六边形电热电池,利用电流控制加热或冷却,以生成个性化的热信号。该系统的动态特性使得坦克操作员在静止状态下能够将车辆的热信号与周围环境无缝对接,而在移动时则能模拟预设物体(如汽车或奶牛)的热特征。当需要避免与友军混淆时,操作员还能选择夸大坦克的热特征。目前,BAE已经开始对其下一代电池进行测试,其中将引入一种可改变颜色和亮度的创新涂层,但具体细节尚未公布。

具体实践上,Adaptiv系统能够巧妙地将坦克的热信号隐藏在数百个电热电池之下,这些电池通过螺栓牢固地安装在车辆外部。红外传感器能够精确检测周围环境反射的热量模式,并如同计算机屏幕上的像素由处理器引导形成图像一样,精准调控每个电热电池的温度,共同构建出与环境高度匹配的热信号。在红外探测下,坦克仿佛与周围环境融为一体,难以被察觉。

Adaptiv系统在移动时能模拟预设物体(如汽车或奶牛)的热特征

未来发展方向

随着技术的进步,坦克伪装系统将更加注重综合化、智能化、体系化,以适应复杂多变的战场环境。未来的坦克伪装系统将是一个综合系统,不仅包括视觉和声波伪装,还将包括雷达、红外等多种侦察手段的伪装,形成一个全方位的伪装体系,具备更高级的自适应伪装能力,能够在更广泛的频谱范围内实现有效的隐身。

一是注重技术融合,打造有机整体。未来战争的主战坦克将会是一个高度综合化的作战平台,集成移动伪装系统将为该平台提供一个全方位,多层次的立体隐身网络。通过有效地将多种伪装技术、通信技术和智能控制技术相结合,可以提高移动目标的生存能力和战斗力;通过隐蔽真目标、设置假目标、实施佯动、散布假情报和封锁消息等措施,可以降低敌方侦察器材、人员的侦察效果,从而显著提升装甲车辆的隐身能力。

二是融入作战体系,协同其他系统作战。现代战争中,在防护方面坦克仅仅只有自身的伪装系统和隐身技术是远远不够的,未来的坦克伪装隐身应该注重和战场电磁作战系统,战场网络系统等其他系统协调配合,共同将坦克打造成一个攻防一体的有机整体。

结语

综上所述,坦克伪装隐身系统是一个综合性的防御技术,它结合了物理遮障、视觉伪装、红外隐身和雷达隐身等多种方式,旨在提高坦克在战场上的生存能力和作战效率。随着科技的持续进步,坦克伪装系统将继续演化,以适应未来战争更加复杂多变的战场环境。

★徐明糠 张子昂 张宇涵

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良陆海

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