20 ans d'observation de la Terre

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 6 Mars 2012 |Pag. 1

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’Agence Spatiale Européenne

Yves-Louis DESNOS Agence Spatiale Européenne - ESA Chef de la section R&D et Conseiller Expert Directorat des Programmes d’Observation de la Terre ESRIN, FRASCATI, Italie Présentation Espace des sciences Rennes


SOMMAIRE

1.  Présentation de l’ ESA 2.  Observation de la Terre a l’ESA 3.  La mission ERS 4.  La mission Envisat 5.  Les missions d’Exploration

scientifique (Explorers) 6.  Les missions opérationnelles

(Sentinels) 7.  Initiative sur le Changement

Climatique 8.  Exploitation Scientifique

VEGA


1- L’ Agence Spatiale Européenne

Juin 2011


L’Agence a pour mission d’assurer et de développer, à des

fins exclusivement pacifiques, la coopération entre États Européens dans les domaines de la recherche et de la

technologie spatiales et de leurs applications spatiales, en vue de leur utilisation à des fins scientifiques et pour des

systèmes spatiaux opérationnels d’applications”

Article 2 de la Convention de l’ESA

Mission de l’ESA


dans les domainestechnologie spatiales et de vue de leur utilisation à

systèmes spatiaux

Article 2 de la Convention de


•  Plus de 40 ans d’expérience

•  19 Etats Membres

•  5 établissements en Europe, 2200 employés

•  4 billion d’Euro de budget (en 2011)

•  Plus de 70 satellites conçus, testés et opérés en orbite

•  17 satellites scientifiques en opérations

•  Six types de lanceurs développés

•  1er vol SOYOUZ de Kourou en Octobre 2011

•  1er vol de VEGA en Février 2012

L’ESA en chiffres


L’ESA est compose de 19 États membres: 17 Etats de l'UE (AT, BE, CZ, DE, DK, ES, FI, FR, IT,GR, IE, LU, NL, PT, RO, SE, Royaume-Uni) ainsi que la Norvège et la Suisse . Huit autres Etats de l'UE ont conclu des accords de coopération avec l'ESA: l'Estonie, la Slovénie, la Pologne, la Hongrie, Chypre, la Lettonie, la Lituanie et la République slovaque. La Bulgarie et Malte sont en négociations pour des accords de coopération. Le Canada prend part à certains programmes en vertu d'un accord de coopération.

19 ÉTATS MEMBRES


Houston

Washington

Kourou

Moscow

ESA sites

Bureaux

ESTEC (Noordwijk)

Brussels ESA HQ (Paris)

Toulouse

ESAC (Madrid) ESRIN

(Rome)

EAC (Cologne)

ESOC (Darmstadt)

Etablissements de l’ESA

Harwell

Redu

Salmijaervi (Kiruna)

ESA station sol

New Norcia

Santa Maria

Cebreros, Villafranca

Oberpfaffenhofen

Maspalomas

Perth Malargüe


L’ESA en application sur I-tunes


2- Observation de la Terre


Meteosat (1977 -) L'ESA se consacre à l’observation de la Terre depuis le lancement de sa première mission dédiée à la météorologie ERS-1 (1991-2000) et ERS-2 (1995 - 2011) ont fourni une foule de données précieuses sur la Terre, son climat et sur l'environnement en mutation. Envisat (2002 -) le plus gros satellite jamais construit pour surveiller l'environnement, permet une observation continue de la surface de la Terre, de l'atmosphère, des océans et des calottes glaciaires.

PIONNIERS en OBSERVATION de la Terre


Partie du programme «Living Planet» de l'ESA, ces missions adressent des questions essentielles et spécifiques soulevées par la communauté scientifique, tout en démontrant les dernières techniques d'observation. En orbite: GOCE (2009 -) pour étudier le

champ de gravité terrestre SMOS (2009 -) pour étudier le cycle de l'eau CryoSat-2 (2010 -) pour étudier la couverture de glace

En préparation: Swarm (2012) trois satellites qui étudient le champ magnétique terrestre ADM-Aeolus (2013) étudie l'atmosphère EarthCARE (2015) une mission ESA / JAXA pour étudier les nuages, les aérosols et le rayonnement

Les Missions d’exploration scientifique: “EARTH EXPLORERS“


«Living Planet» comprend également la prochaine génération de missions dédiées à la météo et le climat. Meteosat Troisième Génération - la prise en charge de Météosat 11 en 2018, le dernier des quatre Meteosat Seconde Génération (MSG). MSG et MTG sont des projets conjoints entrel'ESA et Eumetsat. MetOp est une série de trois satellites pour surveiller le climat et améliorer les prévisions météorologiques, le segment spatial du Système polaire d'Eumetsat (EPS). MetOp-A (2006 -) la première en Europe satellite en orbite polaire destiné à la météorologie opérationnelle

MISSIONS DÉDIÉES À LA MÉTÉO


Distribution Géographique des Scientifiques

Nombre cumulé sur la période 2000—2011

0 1-9 10-19 20-49 50-99 100-300 300-400 >400


Une mission conjointe ESA / Commission européenne , l'initiative de surveillance mondiale pour l'environnement et la sécurité (GMES) est la réponse aux besoins de l'Europe pour les services d'information géo-spatiales. Il offrira un accès autonome et indépendant à l'information pour les décideurs, en particulier pour les questions d'environnement et de sécurité. ESA est responsable de la mise en œuvre de la composante spatiale: incluant le développement de la série de satellites ’Sentinel’,le développement du segment sol et la coordination de l'accès aux données. L'ESA a lancé une Initiative sur les changements climatiques, pour le stockage, la production et l'évaluation des données climatiques essentielles. .

Observer notre planète pour un Monde plus SÛR


3 – les missions ERS-1 et ERS-2


La MISSION ERS-1

Kourou 17 Juillet 1991


27 Juillet 1991

La premiere image - 1991


Les premieres campagnes: L´Astrolabe Expedition - 1991


Premières images ATSR


Le premier Interferogramme

Prof. Fabio

Rocca

Politecnico di Milano Dipartimento di

Elettronica e Informazione


Juillet 1993 Landers

Didier

Massonnet CNES

Le premiere image d’un tremblement de terre


La première cartographie de la Guyane

J.P. Rudant, UMLV

Google image

Cartographie Guyane 1/200000 DGA / IGN Espace


Cartographie des innondations avec ERS

Innondations en Camargue : Novembre 1993

Source: Dr. Hervé Yesou SERTIT


en Indonésie, Thaïlande, Malaisie, Inde, Vietnam, Chine: Cartographie du Riz et estimation du rendement à l'échelle locale et régionale

Thuy Le Toan - 20 years of ERS Scientific Workshop – ESA ESRIN- 27 September 2011

Cartographie et suivi des cultures de RIZ


3 – ERS-1 et ERS-2 20 ans de decouvertes

ERS-1 vu par le satellite SPOT (source CNES)

ESA Council – 12 October 2011

Terrain displacement of Mount Etna [ERS-2 data – 1992-2000] © ESA, JPL

Terrain displacement of Mount Etna [ERS-2 data – 1992-2000] © ESA, JPL

interferometrie SAR: la respiration de l’ETNA

Terrain displacement of

Mount Etna [ERS-2 data – 1992-2000]

© ESA, JPL


Cartographie ERS InSAR ILU Biomasse ERS SAR coherence

DRAGON Couverture des Forets

et carte de Biomasse en Chine du Sud Source Prof. C Schmullius Univ. Jena


Diffusiometre ERS : Indice d’humidité des SOLS


GOME : Le Trou d’OZONE en Antarctique


GOME : NO2 dans la Troposphere


ASAR interférométrie radar: la subsidence de PARIS

Prof. Fabio Rocca

Politecnico di Milano


Source D.T. Sandwell & W.H.F. Smith

1994: The geodetic ERS-1 mission An unprecedented view of the ocean seafloor

ERS Altimétrie: Cartographie du fond des Océans en 1994

ESA Council – 12 October 2011 ESA Council – 12 October 2011

ATSR: Température de Surface des Océans Professor David Llewellyn-Jones responsable AATSR


ERS altimétrie: Dynamique des Océans

ERS a apporte une nouvelle compréhension des phénomènes tels que les vagues de Rossby, El Nino, cartographie des courants marins .


Dernière image radar d’ERS-2 le Groenland observe en 1992 et en 2011

ERS-1 1st Ice-Phase •  07 Feb 1992 (SAR)

ERS-2 Ice-Phase •  11 Mar 2011 (SAR)

Retrait observe de ~5.5km

Glacier Kangerdlugssuaq

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 36

SOMMAIRE





SOYOUZ


4 –La mission ENVISAT

Les INSTRUMENTS d’ENVISAT

-  Dimensions (en orbite): 26m x 10m x 5m -  Masse: 8140 Kg

-  Orbite: 800 km sun synchronous The ESA Earth Observation Programme| Y.L. Desnos | Frascati, Italy | 22/04/2009 |Pag. 38

Les Glaces

Les premières images d ’ENVISAT

–  ENVISAT ASAR et MERIS image de la Péninsule Antarctique Mars 2002

ENVISAT observe l’Antarctique

La désintégration du LARSEN B observée par ERS /ENVISAT

in 2002 by

ENVISAT Radar observe les glaces en Antarctique

)

Source Prof. H.Rott, Univ Innsbruck, AU

Etendue des Glaces de Mer en Arctique Eté 2011

Données source: US National Ice Center

Période de Juin – Aout 2011, observation avec les radars imageurs (Envisat, Radarsat) et instruments micro-ondes passifs

“Ice Flow of the Antarctic Ice Sheet”

E. Rignot et al., Science, September 2011

=> Un résultat de la coordination entre les opérateurs

de satellites SAR (ASC, l'ESA, JAXA) au cours

de l'année polaire internationale 2007-2008

Cartographie des flux Glaciaires Antarctiques obtenus avec les radars imageurs SAR ENVISAT/ERS

L’Atmosphère

Surveillance globale de la Pollution de l’Air :

SCIAMACHY NO2 concentration, 2008 mean

n  Les mesures de qualité de l’air soulignent l’influence directe des activités humaines sur l’environnement

Concentration NO2 Différence entre Dimanche et Mercredi ! –2004

Sunday Wednesday

Surveillance régionale de la Pollution de l’Air :

Ouverture du trou d’Ozone

Septembre 2002

GOMOS assimilated ozone field

L’instrument GOMOS mesure l”ozone


Terre


Subsidence map 1992-2006: Permanent Scatterer InSAR

Rome

Frascati

Fiumicino

ENVISAT-ERS des archives, depuis 1991


Activites volcaniques sur l’ile de Santorini (Grèce) à partir janvier 2011. On observe une Augmentation de l'activité sismique et des émissions de gaz à l'intérieur de la caldeira (ile de Nea Kameni) La déformation du sol indiquant le soulèvement de 5 cm de moins d'un an qui a été mesurée par des techniques utilisant des données InSAR Envisat dans le cadre du projet ESA: ”Terrafirma”


10 cm/yr per cycle -10 0

Activités Volcaniques a SANTORIN


Envisat détecte les incendies et aider à évaluer les dommages

AATSR Atlas des feux en 2003 MERIS zones brûlées 08-2003 (rouge)


GLOBCOVER: Nouveau PORTRAIT de la Terre et de la Surface Terrestre

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 53 20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA

Landsat background, with PSI results 9 frames (1992-2005)

~90% des digues observées !!

Surveillance des Digues avec L’interférométrie

Courtesy of Ramon Hansen Delft Institute of Earth Observation and Space Systems

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 54 20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 54 MONITORING WATER DEFENSE STRUCTURES USING RADAR INTERFEROMETRY Delft University R.F. Hanssen and F.J. van Leijen

Surveillance des Digues Hollandaises avec L’interférométrie


inondations et glissements de terrain provoqués par des pluies torrentielles, Chine du Sud (25 Juin 2005)

ASAR pour le suivi des Innondations



Les Océans


ENVISAT MERIS Bretagne

© ESA 2003

floraison de phytoplancton15 Juin 2003

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 58 ASAR image Wide Swath du 17 Novembre 2002

Envisat révèle au public l’étendue de la marée noire liée au tanker Prestige


Envisat reveals the extent of the Prestige Oil Spill


•  Animation of observed swell generated by a strong storm in the southern ocean, and propagating across the Indian Ocean.

•  The moving storm source was tracked by scatterometers from south of Cape Town, South Africa, on 9 May 2007 to north of the Kerguelen Islands on May 14, 2007.

Une première vague géante de 11 mètres frappe La Réunion le 12th Mai

ASAR en Mode Vague observe la longue houle a l’origine des vagues géantes qui frappent la Réunion et l’Indonésie

Source B.Chapron IFREMER and F. Collard BOOST Techcnolgies/CLS BREST, FRANCE

• Une vague suivante de 7 mètre frappe l’Indonésie le 17 et le 18 Mai


Observation du niveau moyen des mers

Satellite altimetry era (since 1991)


http://www.medspiration.org

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA

The Medspiration project combines SST data measured independently by different satellites, including Envisat AATSR, into a set of products that represent the best measure of SST, presented in a form that can be assimilated into numerical ocean forecasting models.

Observation de la température de surface des mers


Les navires sur les routes de navigation détectés par le radar imageur d’ENVISAT sur la période de 2002 a 2009. La carte de NO2 montre la moyenne annuelle du niveau de nitrogène dioxyde pour l’année 2008 en coïncidence avec les routes maritimes (instrument OMI sur le satellite NASA EOS-Aura). �

les routes de navigation observées par le radar imageur d’ENVISAT

We care for a safer world

5 –Les missions scientifiques Earth Explorer 5 –Les missions scientifiques Earth Explorer

GOCE pour étudier le champ de gravité terrestre

Lancé en Mars 2009 GOCE a terminé avec succès sa mission nominale en Mars 2011 Une mission unique: Premier gradiomètre dans l'espace Orbite très basse (255 km) Contrôle actif de la résistance à l'air (moteur ionique) Environnement parfaitement calme

La Mission GOCE de l'ESA a fourni le modèle le plus précis de la «géoïde» jamais produit

SMOS – pour étudier le cycle de l'eau

Dans l'espace depuis le 2 Novembre 2009 Applications: Premières observations globales de deux variables clés du cycle de l'eau: humidité des sols et salinité des océans Amélioration des modèles du cycle de l'eau et la circulation océanique Amélioration de la gestion des ressources en eau

SMOS moyenne mensuelle produit de salinité de surface des océans � � � � � � � � � � � � � � � � ��

SMOS: Les premiers résultats Salinité des Océans

SMOS: Les premiers résultats Humidité des sols

Les sols beaucoup plus secs peuvent être vus en Novembre 2011 par rapport à la même période de 2012. Ces images ont été créées en utilisant les données de mission de l'ESA SMOS. La couleurs jaune indique des sols sec et le bleu montre des sols plus humides Credits: CESBIO/F. Cabot/Y. Kerr, CESBIO TOULOUSE

CryoSat-2 – Mission pour l‘étude des Glaces

la surveillance précise des changements dans l'épaisseur des calottes glaciaires polaires et des glaces de mer flottantes, atteignant des latitudes de 88 ° Lancement 8 Avril 2010

Première carte CryoSat des glaces de mer flottantes (Présentée au Bourget en Juin 2011) Source Univeristy CollegeLondon

CryoSat premiers résultats

CryoSat l’application sur I-tunes

5 –Les missions scientifiques Earth Explorer

LES MISSIONS EN PREPARATION

5 –Les missions scientifiques Earth Explorer

LES MISSIONS EN PREPARATION

La mission SWARM

§ Pour fournir l’analyse du champ géomagnétique de la Terre et etudier sa variation dans le temps

§ Pour acquérir de nouvelles connaissances sur l'intérieur de la Terre et le climat. § Lancement prévu pour Juillet 2012

Swarm 17 February 2012 IABG Ottobrunn Germany.

La mission ADM-Aeolus

§  Pour fournir des observations globales des profils de vent dans l’atmosphere

§  Pour améliorer la qualité des prévisions météorologiques et notre compréhension de l'atmosphère et des processus climatiques

Lancement en 2013

La mission EarthCARE

§  pour une meilleure compréhension des interactions entre les nuages, les processus radiatifs et les aérosols qui jouent un rôle dans la régulation du climat. Lancement en 2015-16


SOMMAIRE





ARIANE 5


6 –Les missions operationnelles: Sentinels


Global Monitoring for Environment and Security

European independence in data sources for environment and security monitoring

and The European contribution to the Global

Earth Observation System of Systems (GEOSS)


•  Coordinateur de la composante spatiale GMES

§  Agence de développement et d'approvisionnement pour l’infrastructure spatiale dédiée

§  Ad-intérim opérateur des missions Sentinel 1, -2 et Sentinel-3 (mission terre)

Le role de l’ESA dans GMES


Vue d’ensemble du programme GMES

Quel est leur besoin?

Services de base

Oil Spill Tracking Farming Flood

Land Marine Atmosphere Emergency

Policy Makers Public &

Utilisateurs

OBSERVATIONS

Space Infrastructure

In Situ Infrastructure &

Air Quality

Private, Commercial &

Services d’information

Surveillance

Exemples de Services fournis

Security


GMES Space Component infrastructure

Sentinel missions

Distributed Ground Segment

Contributing missions

SERVICES USERS

Free & Open Data Policy


Les missions dediees a GMES: les Sentinels

2013 / 2015

Sentinel 1 – Imagerie Radar Operations par tous temps, jour/nuit ,interferometrie Continuite ERS ENVISAT

2013 / 2016

Sentinel 2 – Imagerie Multi-spectrale applications terrestres continuite Landsat, SPOT

2013 / 2017

Sentinel 3 – Océan et surveillance globale des terres Couleur de l'océan à large fauchée, végétation, température de surface mer / terre, altimétrie

2019

Sentinel 4 – Atmosphérique géostationnaire Surveillance de la composition atmosphérique, pollution

2020+

Sentinel 5 –Atmospherique orbite basse Surveillance de la composition atmosphérique (S5 Précurseur lancement en 2014)

Segment sol et Coordination


SENTINEL-1

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 85 6/3/12

La mission Sentinel-1

Applications: •  monitoring sea ice zones and the arctic environment •  surveillance of marine environment •  monitoring land surface motion risks •  mapping in support of humanitarian aid in crisis

situations

4 nominal operation modes: High Bit Rate Modes •  strip map (80 km swath, 5X5 m res.) •  interferometric wide swath (250 km swath, 20X5 m

res.) •  extra wide swath (400 km swath, 25X100 m res.) Low Bit Rate Mode •  Wave (5X5 m res.)

Duty Cycle: 25 min in HR mode per orbit in HBR mode & rest of the orbit in LBR

Sun synchronous orbit at 693 Km mean altitude

12 days repeat cycle

7 years design life time, consumables for 12 years

Mission SAR bande C

Lancement : Mai 2013

Applications: • monitoring sea ice zones and the arctic environment • surveillance of marine environment • monitoring land surface motion risks • mapping in support of humanitarian aid in crisis

situations

4 nominal operation modes: High Bit Rate Modes • strip map (80 km swath, 5X5 m res.) • interferometric wide swath (250 km swath, 20X5 m

res.) • extra wide swath (400 km swath, 25X100 m res.) Low Bit Rate Mode • Wave (5X5 m res.)

Duty Cycle: 25 min in HR mode per orbit in HBR mode & rest of the orbit in LBR

Sun synchronous orbit at 693 Km mean altitude

12 days repeat cycle

7 years design life time, consumables for 12 years


Cartographie de la subsidence en Italie

Italy

Albania

Services de surveillance des pollutions par hydrocarbures

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 88 | 3/2012 |Pag. 88

Services de surveillance des risques naturels : TERRAFIRMA

Tectonics: Istanbul


Landslides: Graubünden

Infrastructure: IJselmeer


Suivi de la Houle en temps quasi reel (CLS-Brest)

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 90 6/3/12 Sentinels EOP-GG reference slides

Sentinel-2


Construction d’une ile artificielle Dubaï


20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 92 20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA

International CharterSpace and Major Disasters

The example of the 2010 Pakistan Floods


International CharterSpace and Major Disasters

Suivi des risques naturels

324 activations since 2000 324 activations since 2000324


Etendue des dommages: Tremblement de terre a Haïti

Earthquake management at Port-au-Prince, Haiti – 13 January 2010

Dati: ALOS, SPOT-5, GeoEye

Credits: SERTIT/SAFER

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 94 6/3/12 Sentinels EOP-GG reference slides

Sentinel-3


Services de temperature des mers : France

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 96 20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA 20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA

Madrid

Athens

Paris

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA 20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA 20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA

Observation des îlots de chaleur urbain


Chlorophylle et Végétation



Topographie et Bathymétrie



7 –L’ initiative pour le changement climatique


Exploiter le plein potentiel des archives d’observation globale de la Terre à long terme que l'ESA, en collaboration avec ses Etats membres, a mis en place au cours des trente dernières années ..... ..... comme une contribution importante et opportune aux bases de données des Variables Climatiques Essentielles requises par la Convention cadre des Nations Unies sur les changements climatiques

Objectifs


44% 50%

51% %

44% 44% 5044% 50505050

Accroissement de 50% des concentrations de NO2 observées sur la Chine

Courtesy of John Burrows, Univ. Bremen, D Combined with ERS-2 GOME data


Accroissement de niveaux globaux de CO2 observes sur la période 2003-2009

GreenHouseGases Monitoring – GHG_cci project

Global CO2 increase as measured by SCIAMACHY

20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 103 20 ans d’observation de la Terre avec les missions de l’ESA | 3/2012 |Pag. 103

Coupled climate models

IPCC, 2007

Evolution du niveau moyen des Océans depuis 1870

Historical data (Church & White, 2006) Rate:1.7 (+/- 0.3) mm/yr

Satellite altimetry era (since 1993) Rate: 3 .3 ( +/- 0.5) mm/yr

Today

Courtesy Sea_Level_CCI represented by Anny Cazenave (LEGOS, Toulouse)


Distribution spatiale de l’évolution du niveau moyen des océans (1993-2009) Basée sur l’exploitation de

l’altimétrie satellite multi-mission

Source : CLS/AVISO


Observations du glacier Jacobshaven sur la periode 1851 – 2009 Le plus grand glacier du Groenland


Differences entre modeles et observation satellitaires

Mesure de la banquise arctique La réduction record en 2007 a stupéfait la communauté internationale opérationnelle de cartographie de la glace:

L'étendue globale est similaire à ce que certains des modèles ont envisagés, mais se produit des décennies plus tôt.

La situation de l'été de 2007 ressemble à certaines prévisions des modèles climatiques pour 2030 à 2050!


Désaccord entre les modèles de la mer étendue de la glace (GIEC) et les observations satellitaires …


8 – EXPLOITATION SCIENTIFIQUE


Consultation des Scientifiques et Formation

http://earth.eo.esa.int/trainingcourses/RadarPolarimetry


Ateliers thématiques organisés par l’ESA


POLSARAP STUDY

ENVISAT / ASAR – VV – Mode IM S2 – Février 2004

SAPHIR

IETR Université de Rennes

SAR POLARIMETRIE HOLOGRAPHIE INTERFEROMETRIE RADARGRAMMETRIE


Publications

| 3/2012 |Pag. 113


[email protected] European Space Agency ESRIN

Remerciements Espace des

sciences Rennes Bretagne

et

et

20 ans d'observation de la Terre

Documents

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