Mars Sample-Return-Mission – Wikipedia

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Mars-Mission zum Sammeln von Gesteins- und Staubproben

Mars Sample-Return-Konzept

EIN Mars Sample-Return ((MSR) Mission ist eine vorgeschlagene Raumfahrtmission, um Gesteins- und Staubproben auf dem Mars zu sammeln und sie dann zur Erde zurückzubringen.[1] Die Probenrückgabe wäre eine sehr leistungsfähige Art der Untersuchung, da die Analyse von den zeitlichen, budgetären und räumlichen Einschränkungen der Sensoren von Raumfahrzeugen befreit ist.[2]

Laut Louis Friedman, Executive Director der Planetary Society, wird eine Mars-Mission zur Probenrückgabe von der planetarischen Wissenschaftsgemeinschaft aufgrund ihres hohen erwarteten wissenschaftlichen Return on Investment häufig als eine der wichtigsten Roboter-Weltraummissionen bezeichnet[3] und seine Fähigkeit, die Technologie zu beweisen, die für eine menschliche Mission zum Mars benötigt wird.

Im Laufe der Zeit wurden mehrere Konzeptmissionen untersucht, von denen jedoch keine über die Studienphase hinausging. Die drei neuesten Konzepte für eine MSR-Mission sind ein NASA-ESA-Vorschlag, ein russischer Vorschlag (Mars-Grunt) und ein chinesischer Vorschlag.

Wissenschaftlicher Wert[edit]

Die Rückgabe von Mars-Proben würde der Wissenschaft zugute kommen, da eine umfassendere Analyse der Proben möglich wäre, als dies mit Instrumenten möglich wäre, die sorgfältig auf den Mars übertragen wurden. Das Vorhandensein der Proben auf der Erde würde es auch ermöglichen, wissenschaftliche Geräte für gelagerte Proben zu verwenden, selbst Jahre und Jahrzehnte nach der Probenrückgabe.[4]

Im Jahr 2006 identifizierte die MEPAG 55 wichtige zukünftige wissenschaftliche Untersuchungen im Zusammenhang mit der Erforschung des Mars. Im Jahr 2008 kamen sie zu dem Schluss, dass etwa die Hälfte der Untersuchungen “von MSR bis zu dem einen oder anderen Grad angegangen werden könnte”, was MSR “zur einzigen Mission macht, die die größten Fortschritte auf dem Weg zur gesamten Liste der Untersuchungen erzielen würde”. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass ein erheblicher Teil der Untersuchungen ohne zurückgegebene Proben nicht sinnvoll vorangetrieben werden kann.[5]

Eine Quelle für Mars-Proben sind vermutlich Mars-Meteoriten, bei denen es sich um vom Mars ausgestoßene Gesteine ​​handelt, die ihren Weg zur Erde gefunden haben. Bis April 2019 wurden 266 Meteoriten von über 61.000 bekannten Meteoriten als Marsmenschen identifiziert.[6] Es wird angenommen, dass diese Meteoriten vom Mars stammen, da sie Elementar- und Isotopenzusammensetzungen aufweisen, die Gesteinen und Atmosphärengasen ähneln, die von Raumfahrzeugen auf dem Mars analysiert werden.[7]

1996 wurde die Möglichkeit des Lebens auf dem Mars erneut in Frage gestellt, als in einem Marsmeteoriten möglicherweise Mikrofossilien gefunden wurden (siehe ALH84001).[8] Dies führte zu einem erneuten Interesse an einer Mars-Probenrückgabe, und verschiedene Architekturen wurden in Betracht gezogen.[8] Der NASA-Administrator Goldin legte drei Optionen für MSR fest: “Tempo”, “Beschleunigt” und “Aggressiv”.[8] Es wurde angenommen, dass MSR für weniger als 100 Millionen US-Dollar pro Jahr durchgeführt werden könnte, mit etwas ähnlichem wie den damals aktuellen Mars-Explorationsbudgets.[8]

Geschichte[edit]

Künstlerkonzept einer Mars-Sample-Return-Mission, 1993

Seit mindestens drei Jahrzehnten befürworten westliche Wissenschaftler die Rückgabe geologischer Proben vom Mars.[9] Ein Konzept wurde mit dem Vorschlag zur Probenentnahme zur Untersuchung des Mars (SCIM) untersucht, bei dem ein Raumschiff in einem Weidepass durch die obere Marsatmosphäre geschickt wurde, um Staub- und Luftproben ohne Landung oder Umlaufbahn zu sammeln.[10]

Die Sowjetunion erwog 1975 eine Mars-Probenrückgabemission, Mars 5NM, die jedoch aufgrund des wiederholten Ausfalls der N1-Rakete, mit der sie gestartet worden wäre, abgesagt wurde. Eine für 1979 geplante Doppelprobe-Rückgabe, Mars 5M (Mars-79), wurde aufgrund von Komplexität und technischen Problemen abgesagt.[citation needed]

Ein Missionskonzept (vorläufig einfach Mars Sample-Return genannt) wurde ursprünglich vom Mars Exploration Program der NASA in Betracht gezogen, um Proben bis 2008 zurückzugeben.[11] wurde aber nach einer Überprüfung des Programms abgesagt.[12] Im Sommer 2001 forderte das Jet Propulsion Laboratory (JPL) Missionskonzepte und Vorschläge von branchengeführten Teams (insbesondere Boeing, Lockheed Martin und TRW) an. Im folgenden Winter stellte JPL ähnliche Anfragen an bestimmte Abteilungen für Luft- und Raumfahrttechnik der Universität (nämlich das Massachusetts Institute of Technology (MIT) und die University of Michigan). Ein Jahrzehnt später wurde 2012 eine NASA-ESA-Konzeptmission abgebrochen.[13]

Das Mars Exploration Program der Vereinigten Staaten, gegründet nach Mars-Beobachter‘s Misserfolg im September 1993,[14] unterstützte eine Mars-Probenrückgabe.[14] Ein Beispiel für eine Missionsarchitektur war die Bahnbrechende Mars-Probenrückgabe von Glenn J. MacPherson in den frühen 2000er Jahren.[15]

Anfang 2011 erklärte die Planetary Science Decadal Survey des National Research Council (NRC), in der auf Ersuchen der NASA und der National Science Foundation (NSF) Prioritäten für die Missionsplanung für den Zeitraum 2013–2022 festgelegt wurden, eine MSR-Kampagne für die höchste vorrangige Flaggschiff-Mission für diesen Zeitraum.[16] Insbesondere wurde die geplante Mission Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C) in einer “entkleideten” (weniger ehrgeizigen) Form gebilligt, obwohl dieser Missionsplan im April 2011 offiziell annulliert wurde.

Im September 2012 genehmigte die US-amerikanische Mars-Programmplanungsgruppe eine Stichprobenrückgabe, nachdem sie die langfristigen Mars-Pläne bewertet hatte.[17][18]

Die wichtigste Missionsvoraussetzung für die Ausdauer Rover war, dass es helfen muss, die NASA auf ihre MSR-Kampagne vorzubereiten,[19][20][21] Dies ist erforderlich, bevor eine Mission mit Besatzung stattfindet.[22][23][24] Ein solcher Aufwand würde drei zusätzliche Fahrzeuge erfordern: einen Orbiter, einen Fetch Rover und ein zweistufiges Mars-Aufstiegsfahrzeug (MAV) mit festem Brennstoff. Im April 2020 wurde eine aktualisierte Version der Mission vorgestellt.[25]

Ausdauer Rover – Probenentnahme und -lagerung
(animiertes Video; 02:22; 6. Februar 2020)

Umlaufender Probenbehälter (Konzept; 2020)

Einsetzen der Probenröhrchen in den Rover

01. Ausdauer Rover, der Proben erhält

02. Ausdauer Rover, der Proben speichert

05. Holen Sie sich einen Rover, der Proben sammelt

06. Proben für Lander holen

08. Proben zur späteren Abholung freigeben

NASA-ESA-Konzept[edit]

Aufstiegsfahrzeug in seiner Schutzhülle, 2009 NASA-ESA Design.[28]

Mitte 2006 wurde die Arbeitsgruppe Internationale Marsarchitektur für die Rückgabe von Proben (iMARS) von der Internationalen Marserkundungsarbeitsgruppe (IMEWG) gegründet, um die wissenschaftlichen und technischen Anforderungen einer international gesponserten und durchgeführten Mars-Probenrückgabemission in zu skizzieren der Zeitrahmen 2018–2023.[5]

Im Oktober 2009 gründeten die NASA und die ESA die gemeinsame Initiative Mars Exploration, um mit dem ExoMars-Programm fortzufahren, dessen letztendliches Ziel “die Rückgabe von Proben vom Mars in den 2020er Jahren” ist.[29][30] Die erste Mission von ExoMars würde 2018 starten [4][31] mit nicht spezifizierten Missionen zur Rückgabe von Proben im Zeitraum 2020–2022.[32] Die Annullierung des Caching Rovers MAX-C und der spätere Rückzug der NASA aus ExoMars führten dazu, dass eine Mission zur Probenrückgabe auf einen unbestimmten Zeitpunkt verschoben wurde. Aus Budgetgründen wurde die MAX-C-Mission 2011 und die gesamte Zusammenarbeit 2012 abgesagt.[13] Der Rückzug wurde für die Wissenschaft als “traumatisch” beschrieben.[13]

Im April 2018 wurde von der NASA und der ESA eine Absichtserklärung unterzeichnet, die möglicherweise die Grundlage für eine Mars-Mission zur Probenrückgabe bildet.[33][34] Im Juli 2019 wurde eine Missionsarchitektur vorgeschlagen, um Proben bis 2031 auf die Erde zurückzugeben:[35][36] Im April 2020 wurde eine aktualisierte Version der Mission vorgestellt.[25]

  • Das Ausdauer Der Rover sammelt Proben und lässt sie zur späteren Entnahme auf der Oberfläche zurück.
  • Nach einem Start im Juli 2026 ein Lander mit einer zweistufigen Mars-Aufstiegsrakete mit festem Brennstoff (entwickelt von der NASA) und einem Probensammelrover (entwickelt von der ESA) (oder auf zwei separaten Landern oder einer Doppellander-Sonde) landet im August 2028 in der Nähe des Mars 2020-Rovers. Der neue Rover sammelt die vom Mars 2020 zurückgelassenen Proben und liefert sie an die Aufstiegsrakete. Wenn der Mars 2020 noch in Betrieb ist, könnte er auch Proben an den Landeplatz liefern. Sobald die Proben mit den Proben beladen sind, startet sie im Frühjahr 2029 mit dem Probenrückgabekanister und erreicht eine niedrige Marsumlaufbahn.
  • Der von der ESA gebaute Erdrücklauf-Orbiter startet im Oktober 2026 mit einem Ariane 6-Booster und kommt 2027 auf dem Mars an. Mit Hilfe des Ionenantriebs wird die Umlaufbahn bis Juli 2028 schrittweise auf die richtige Höhe abgesenkt. Der Orbiter holt den Kanister mit den Proben heraus Umlaufbahn und Rückkehr zur Erde während des Transferfensters von Mars zu Erde 2031.
  • Der im Erdwiedereintrittsmodul eingekapselte Probenrückgabekanister landet später im Jahr 2031 auf der Erde.

Vorschläge der NASA[edit]

Im September 2012 gab die NASA ihre Absicht bekannt, mehrere Strategien zu untersuchen, um eine Probe des Mars auf die Erde zu bringen – einschließlich eines Szenarios mit mehreren Starts, eines Szenarios mit einem Start und eines Szenarios mit mehreren Rovers – für eine Mission, die bereits 2018 beginnt.[37] Dutzende von Proben würden vom Mars 2020-Rover gesammelt und zwischengespeichert und auf der Marsoberfläche für einen möglichen späteren Abruf zurückgelassen.[21] Ein “Fetch Rover” würde die Proben-Caches abrufen und an ein Mars-Aufstiegsfahrzeug (MAV) liefern. Im Juli 2018 beauftragte die NASA Airbus mit der Produktion eines “Fetch Rover” -Konzepts.[38]

Das MAV würde vom Mars aus starten und in eine Umlaufbahn von 500 km eintreten und sich mit einem neuen Mars-Orbiter treffen.[21] Der Probenbehälter würde in ein Erdeintrittsfahrzeug (EEV) überführt, das ihn zur Erde bringen, unter einem Fallschirm in die Atmosphäre gelangen und in speziell dafür vorgesehenen sicheren Labors abrufen und analysieren würde.[20][21]

Architektur mit zwei Starts[edit]

In diesem Szenario würde die Probenrückgabemission zwei Starts im Abstand von etwa vier Jahren umfassen. Der erste Start wäre für den Orbiter, der zweite für den Lander.[39] Der Lander würde das zweistufige Mars Ascent Vehicle (MAV) mit festem Brennstoff enthalten.

Architektur mit drei Starts[edit]

Bei diesem Konzept würde die Mission zur Probenrückgabe in insgesamt drei Starts aufgeteilt.[39] In diesem Szenario würde der Probensammelrover (z. B. Mars 2020-Rover) separat gestartet, um zuerst auf dem Mars zu landen und Analysen und Probensammlungen über eine Lebensdauer von mindestens 500 Sols (Mars-Tage) durchzuführen.[40]

Einige Jahre später würde ein Mars-Orbiter gestartet, gefolgt von einem Lander, der das zweistufige Mars Ascent Vehicle (MAV) mit festem Brennstoff trägt. Der Lander würde einen kleinen und einfachen “Fetch Rover” mitbringen, dessen einzige Funktion darin bestehen würde, die Probenbehälter aus den auf der Oberfläche verbleibenden Caches oder direkt aus dem zu holen Ausdauer Rover und bringen Sie sie zum Lander zurück, wo sie zur Lieferung an den Orbiter auf das MAV geladen und dann zur Erde geschickt werden.[41][42]

Dieses Design würde den Zeitplan des gesamten Projekts vereinfachen und den Controllern Zeit und Flexibilität geben, um die erforderlichen Vorgänge auszuführen. Darüber hinaus könnte sich das Programm auf das für das Mars Science Laboratory entwickelte erfolgreiche Landesystem stützen und die Kosten und Risiken vermeiden, die mit der Entwicklung und Erprobung eines weiteren Landesystems von Grund auf verbunden sind.[39] Sogar die NASA könnte daran denken, den Sample Return Lander in eine Zwei-Lander- oder Dual-Lander-Sondenmission zu verwandeln, wobei einer einen Rover zum Sammeln von Proben und der andere das Complex Mars Ascent Vehicle trägt, das den Probenbehälter in die Umlaufbahn bringt. Darüber hinaus kann die NASA die Solarmodule auf dem Lander mit dem Radioisotope Thermoelectric Generator, einer Kernkraftquelle, austauschen, um eine längere Lebensdauer, einen besseren Wärmeschutz und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, wenn sie in der Mars Global Dust Storm Season durchgeführt werden. Diese Änderungen müssen jedoch noch vorgenommen werden von der NASA geklärt.

SCIM[edit]

Das Konzept eines Künstlers von SCIM durch die Marsatmosphäre.

SCIM (Sample Collection for Investigation of Mars) war ein kostengünstiges Design für Mars-Probenrückgabe-Missionen mit geringem Risiko, das im Mars Scout-Programm vorgeschlagen wurde.[10] SCIM würde Staub- und Luftproben zurückgeben, ohne zu landen oder zu umkreisen.[10] durch Eintauchen in die Atmosphäre, während Marsmaterial gesammelt wird.[43] Es nutzt das Erbe der Erfolgreichen Sternenstaub und Genesis Sample-Return-Missionen.[43]

Mars zukünftige Missionen[edit]

Unterstützt die Entwicklung der Mission Mars Sample Return (MSR), die bereits im Sommer des Geschäftsjahres 2020 in die Formulierung (Phase A) eintreten soll. Im Geschäftsjahr 2021 umfassen die Aktivitäten zur Formulierung von MSR die Konzept- und Technologieentwicklung sowie frühzeitiges Design und Studien in Unterstützung des Sample Return Lander und des Capture / Containment and Return Systems. Es unterstützt auch eine Untersuchung der Einrichtung, die für die Handhabung der zurückgegebenen Proben erforderlich ist. Bei der Entwicklung von Konzepten für eine Mars Sample Return-Mission unterstützt das zukünftige Budget ein geschätztes MSR-Startbereitschaftsdatum von 2026. Ebenfalls enthalten ist die Finanzierung einer möglichen Zusammenarbeit mit Kanada beim Mars Exploration Ice Mapper. Der Mars Exploration Ice Mapper ist eine Fernerkundungsmission, die untersucht wird, um das oberflächennahe (3–15 Meter) Wassereis, insbesondere das in den Regionen mittlerer Breite, zu kartieren und zu profilieren, um zukünftige Wissenschafts- und Explorationsmissionen zu unterstützen.[44]

Zusätzliche Pläne[edit]

China[edit]

China erwägt eine Mars-Probenrückgabemission bis 2030.[45][46] Ab 2017 ist der Start eines großen Raumfahrzeugs geplant, das alle Phasen der Mission ausführen kann, einschließlich Probenentnahme, Aufstieg vom Mars, Rendezvous im Marsorbit und Rückflug zur Erde. Eine solche Mission würde die Trägerrakete Long Super March vom 9. März erfordern.[46][47][48] Die benötigten Technologien sollen während der 2020 gestarteten Tianwen-1-Mission getestet werden.[47][48] Ein alternativer Plan, der 2019 angekündigt wurde, sieht die Verwendung der Mission 2020 HX-1 vor, um die Proben für den Abruf im Jahr 2030 zwischenzuspeichern.[49] Diese Proben würden von einem Probensammellander mit Mars-Aufstiegsfahrzeug, das im November 2028 an einem langen März 3B gestartet wurde, abgerufen und in der Mars-Umlaufbahn unter Verwendung eines Earth Return Orbiter gesammelt, der an einem langen März ebenfalls im November 2028 gestartet wurde, mit Rückkehr zur Erde in September 2031.[50]

Frankreich[edit]

Frankreich arbeitet seit vielen Jahren auf eine Probenrückgabe hin.[51] Dies beinhaltete Konzepte einer außerirdischen Probenkurationsanlage für zurückgegebene Proben und zahlreiche Vorschläge.[51] Sie arbeiteten an der Entwicklung eines Mars-Orbiters für die Probenrückgabe, der die Proben im Rahmen einer gemeinsamen Mission mit den USA oder anderen europäischen Ländern erfassen und zurückgeben sollte.[51]

Japan[edit]

Am 9. Juni 2015 enthüllte die japanische Luft- und Raumfahrt-Explorationsagentur (JAXA) einen Plan namens Martian Moons Exploration (MMX), um Proben von einem der Marsmonde zu entnehmen.[52] Diese Mission wird auf dem Fachwissen aufbauen, das aus dem Hayabusa2 und SLIM-Missionen.[53] Von den beiden Monden befindet sich Phobos ‘Umlaufbahn näher am Mars und seine Oberfläche hat möglicherweise anhaftende Partikel, die vom roten Planeten gesprengt wurden. Daher können die von MMX gesammelten Phobos-Proben Material enthalten, das vom Mars selbst stammt.[54] Japan hat auch Interesse an der Teilnahme an einer internationalen Mars-Mission zur Probenrückgabe gezeigt.

Russland[edit]

Ein russisches Mars-Mission-Return-Konzept ist Mars-Grunt.[55][56][57][58][59] Es soll das Erbe des Fobos-Grunt-Designs nutzen.[56] Ab 2011 war eine zweistufige Architektur mit einem Orbiter und einem Lander geplant (jedoch ohne Roving-Fähigkeit).[60] mit Proben, die von einem Roboterarm aus der unmittelbaren Umgebung des Landers entnommen wurden.[55][61]

Mögliche Rückverunreinigung[edit]

Da derzeit nicht bekannt ist, ob es auf dem Mars Lebensformen gibt, könnte die Mission möglicherweise lebensfähige Organismen übertragen, die zu einer Rückkontamination führen – der Einführung außerirdischer Organismen in die Biosphäre der Erde. Der wissenschaftliche Konsens ist, dass das Potenzial für großflächige Auswirkungen, entweder durch Pathogenese oder ökologische Störungen, äußerst gering ist.[62][63][64][65][66] Zurückgegebene Proben vom Mars werden als potenziell biologisch gefährlich behandelt, bis Wissenschaftler feststellen können, dass die zurückgegebenen Proben sicher sind. Ziel ist es, die Wahrscheinlichkeit der Freisetzung eines Mars-Partikels auf weniger als eine Million zu reduzieren.[63]

Die vorgeschlagene NASA-Mars-Probenrückgabemission wird von der NASA erst genehmigt, wenn der Prozess des National Environmental Policy Act (NEPA) abgeschlossen ist.[67] Darüber hinaus würde gemäß Artikel VII des Weltraumvertrags und wahrscheinlich verschiedenen anderen rechtlichen Rahmenbedingungen eine Freisetzung von Organismen eintreten, wobei die freisetzende Nation oder die freisetzenden Nationen für etwaige daraus resultierende Schäden haften würden.[68]

Ein Teil der Mission zur Probenrückgabe wäre es, den Kontakt zwischen der Marsumgebung und dem Äußeren des Probenbehälters zu verhindern.[63][67] Um das Risiko eines Fallschirmversagens auszuschließen, ist derzeit geplant, das Wärmeschutzsystem zu verwenden, um die Kapsel beim Aufprall (mit Endgeschwindigkeit) abzufedern. Der Probenbehälter ist so konstruiert, dass er der Kraft des Aufpralls standhält.[67] Um die zurückgegebenen Proben zu erhalten, schlug die NASA eine speziell entwickelte Sicherheitseinrichtung der Stufe 4 für biologische Sicherheit vor, die Mars Sample-Return Receiving Facility (MSRRF).[69] Nicht zu wissen, welche Eigenschaften (z. B. Größe) Marsorganismen aufweisen könnten, ist eine Komplikation bei der Gestaltung einer solchen Einrichtung.[70]

Andere Wissenschaftler und Ingenieure, insbesondere Robert Zubrin von der Mars Society, stritten sich am Rande Zeitschrift für Kosmologie Dieses Kontaminationsrisiko ist funktional Null und es besteht wenig Grund zur Sorge. Sie führen unter anderem das Fehlen eines nachweisbaren Ereignisses an, obwohl aufgrund von Meteoriteneinschlägen Billionen Kilogramm Material zwischen Mars und Erde ausgetauscht wurden.[71]

Das Internationale Komitee gegen Mars-Probenrückgabe (ICAMSR) ist eine kleine Interessenvertretung unter der Leitung von Barry DiGregorio, der sich gegen eine Mars-Probenrückgabe-Mission einsetzt. Während ICAMSR eine geringe Wahrscheinlichkeit für biologische Gefahren anerkennt, hält es die vorgeschlagenen Eindämmungsmaßnahmen derzeit für unzureichend und unsicher. ICAMSR fordert mehr vor Ort Zuerst Studien auf dem Mars und vorläufige Biogefährdungstests auf der Internationalen Raumstation, bevor die Proben auf die Erde gebracht werden.[72][73] DiGregorio unterstützt die Verschwörungstheorie einer NASA-Vertuschung bezüglich der Entdeckung des mikrobiellen Lebens bis 1976 Wikinger Lander.[74][75] DiGregorio unterstützt auch die Randansicht, dass mehrere Krankheitserreger – wie z. B. häufig vorkommende Viren – aus dem Weltraum stammen und wahrscheinlich einen Teil des Massensterbens und tödliche Pandemien verursacht haben.[76][77] Diese Behauptungen, die terrestrische Krankheiten und außerirdische Krankheitserreger verbinden, wurden von der wissenschaftlichen Gemeinschaft zurückgewiesen.[76]

NASA Sample-Return Robot Challenge[edit]

Die Sample-Return Robot Challenge bot im Rahmen des Centennial Challenges-Programms der NASA Teams, die vollständig autonome Roboter bauen können, die bis zu 10 verschiedene Probentypen in einer großen Umgebung im Freien finden, abrufen und zurückgeben können, insgesamt 1,5 Millionen US-Dollar (80.000) m2).[78] Die Herausforderung begann 2012 und endete 2016. Über 50 Teams nahmen während der 5-jährigen Dauer des Wettbewerbs teil. Ein Roboter namens Cataglyphis, der vom Team Mountaineers der West Virginia University entwickelt wurde, hat die letzte Herausforderung im Jahr 2016 abgeschlossen.

In der Populärkultur[edit]

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

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Externe Links[edit]


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