最高1200萬元/項! 多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理重大研究計劃2024年度項目指南
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國科金發(fā)計〔2024〕114號
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國家自然科學(xué)基金委員會現(xiàn)發(fā)布多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理重大研究計劃2024年度項目指南,請申請人及依托單位按項目指南所述要求和注意事項申請。
國家自然科學(xué)基金委員會
2024年3月14日
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多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理重大研究計劃2024年度項目指南
“多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理”重大研究計劃面向一小時左右全球抵達高速民航和航班化天地往返運輸國家重大需求,聚焦多物理場高效飛行重大基礎(chǔ)問題(多物理場是指跨域變構(gòu)高速飛行器在飛行過程中,表面與空氣摩擦產(chǎn)生氣體環(huán)境溫度>3000K的高溫場,飛行器構(gòu)型和表面氣固界面非穩(wěn)態(tài)時變、壓強峰值≥7.5kPa的氣動力學(xué)場,跨域高速飛行產(chǎn)生1016-1020m-3等離子體電子密度的復(fù)雜電磁環(huán)境)。重點針對兩級入軌總體圖像(一二級飛行器均可通過變形呈現(xiàn)近似火箭構(gòu)型和近似飛機構(gòu)型),建立跨大空域、寬速域、可重復(fù)的高效智能飛行器設(shè)計理論與方法,實現(xiàn)飛行器構(gòu)型連續(xù)變化、主動流動調(diào)控和智能控制等核心基礎(chǔ)理論與技術(shù)突破,為航天運輸系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。
一、科學(xué)目標(biāo)
瞄準(zhǔn)中國航天運輸系統(tǒng)國家重大需求,提出跨域高效智能飛行新思路,面向跨域、變構(gòu)、可重復(fù)飛行關(guān)鍵特征,建立非定??諝鈩恿W(xué)模型,發(fā)展多物理參數(shù)實時感知與智能控制理論,突破主動熱防護、變構(gòu)型機構(gòu)-結(jié)構(gòu)設(shè)計、主動流動控制和電磁力熱環(huán)境模擬與科學(xué)實驗等關(guān)鍵技術(shù),取得一批多物理場高效飛行原創(chuàng)性成果,牽引學(xué)科深度融合與創(chuàng)新發(fā)展,革新面向航天巨系統(tǒng)的智能系統(tǒng)工程范式,為我國未來航天運輸系統(tǒng)提供關(guān)鍵理論、方法、技術(shù)和人才隊伍儲備,促進中國航天運輸系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的順利實施。
二、核心科學(xué)問題
本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學(xué)問題開展研究:
?。ㄒ唬┳儤?gòu)型材料與機構(gòu)的多物理場耦合機理。
揭示柔性材料-變形機構(gòu)在復(fù)雜約束下熱防護、變形機構(gòu)與結(jié)構(gòu)、剛?cè)狁詈系葯C理,建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、耐久性與損傷容限評價新方法,滿足對飛行器變構(gòu)材料與機構(gòu)的極限需求。
?。ǘ┛缬蚍欠€(wěn)態(tài)流動模型及調(diào)控機制。
研究復(fù)雜時變邊界條件下飛行器流動與飛行變形的相互作用機制,發(fā)展主動流動調(diào)控手段,實現(xiàn)氣動特性精確預(yù)示和高效降熱減阻。
(三)變構(gòu)與飛行的一體化智能控制。
揭示強不確定環(huán)境下飛行動力學(xué)耦合控制機理,突破跨域無縫自主導(dǎo)航及環(huán)境-任務(wù)自匹配的在線自主規(guī)劃決策等關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建變構(gòu)型與飛行器的一體化智能控制方法。
三、2024年度資助的研究方向
(一)培育項目。
圍繞上述科學(xué)問題,以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引,擬資助一批探索性強、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的培育項目,研究方向如下(申報項目須覆蓋以下單一方向中列出的部分或全部內(nèi)容):
1.變構(gòu)型材料與機構(gòu)的多物理場耦合機理。
探索新概念高效主動冷卻新方法,發(fā)展跨域變構(gòu)飛行器柔性防熱蒙皮可拉伸超親水無源表面溫度-熱流多參數(shù)自感知機制與方法;研究天地往返過渡區(qū)復(fù)雜電離組分對跨域飛行器材料的損傷機理,以及相應(yīng)的防護手段和模擬方法;研究新概念大范圍變形結(jié)構(gòu)及其分布式靈巧柔性驅(qū)動與傳動方法;發(fā)展面向跨域高速飛行器承載結(jié)構(gòu)輕量化的可編程力學(xué)超結(jié)構(gòu)逆向設(shè)計方法。
2.跨域變構(gòu)飛行非定??諝鈩恿W(xué)理論及主動流動調(diào)控方法。
研究稀薄與高溫以及復(fù)雜材料界面影響下跨流域高速邊界層流動穩(wěn)定性分析理論與方法;研究極端高溫與復(fù)雜力學(xué)載荷環(huán)境下連續(xù)變構(gòu)流-固-熱多物理場耦合機制與計算方法;發(fā)展高速高熱流條件下力/熱主動流動調(diào)控新方法。
3.跨域變構(gòu)可重復(fù)飛行器的信息感知與智能飛行控制。
發(fā)展快響應(yīng)強抗擾跨域飛行器應(yīng)變感知新方法;探索高焓等離子體電磁環(huán)境參數(shù)高效調(diào)控新方法;發(fā)展高超聲速來流下剛?cè)嶙儤?gòu)過程中氣動力/彈性耦合測量與三維反演重構(gòu)方法;研究具有在線重構(gòu)與自進化能力的跨域強適應(yīng)變構(gòu)飛行智能控制理論與方法。
4.跨域變構(gòu)飛行器智能系統(tǒng)工程理論與方法。
探索跨域變構(gòu)飛行器數(shù)據(jù)與模型多重驅(qū)動的知識資源圖譜擴展理論與應(yīng)用方法;發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動的跨域變構(gòu)飛行器氣動外形生成式模型與方法。
?。ǘ┲攸c支持項目。
圍繞核心科學(xué)問題,以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引,2024年擬資助前期研究成果積累較好、處于當(dāng)前研究熱點前沿、對總體科學(xué)目標(biāo)有較大貢獻的申請項目,研究方向如下:
1.跨域飛行器多維度變形前體結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與連續(xù)光滑變形機制。
面向復(fù)雜力熱環(huán)境下跨域飛行器變氣動外形需求,研究多維度變形前體結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法,揭示極端力熱載荷條件下前體結(jié)構(gòu)連續(xù)光滑變形及其維形承載機理,突破前體機構(gòu)變形驅(qū)控與剛?cè)嵝涡哉{(diào)控技術(shù),實現(xiàn)跨域飛行器前體結(jié)構(gòu)多維度(變形形式不少于3種)連續(xù)光滑變形與高穩(wěn)定承載(大面積熱流不小于200kW/m2,面載荷不小于40kPa,氣動外形精度誤差優(yōu)于5%),并開展典型樣機研制與驗證。
2.基于流場結(jié)構(gòu)調(diào)控的跨域變構(gòu)飛行器氣動/控制一體化設(shè)計方法。
引入深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)等技術(shù),研究跨域變構(gòu)飛行器在不同速域和變構(gòu)階段流場結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化機理及其對氣動力、氣動熱、動力學(xué)特性的影響規(guī)律,探討利用型面優(yōu)化、變形變構(gòu)或流動控制措施進行流場結(jié)構(gòu)組織和調(diào)控的方法,建立流場結(jié)構(gòu)識別、定量表征和評估準(zhǔn)則,構(gòu)建流場結(jié)構(gòu)與氣動/操穩(wěn)/控制的關(guān)聯(lián)模型,發(fā)展面向流場結(jié)構(gòu)調(diào)控的智能化優(yōu)化方法,構(gòu)建對各構(gòu)型及變構(gòu)型過程中氣動效率、飛行控制、變構(gòu)執(zhí)行最為有利的流場結(jié)構(gòu),更為有效、全面、穩(wěn)健地改善飛行器綜合性能。相對于傳統(tǒng)優(yōu)化方法,使關(guān)鍵設(shè)計點升阻及操穩(wěn)特性、多設(shè)計點綜合優(yōu)化能力、設(shè)計穩(wěn)健性等顯著提升,在確保滿足防熱約束的前提下,使關(guān)鍵設(shè)計點升阻及操穩(wěn)特性顯著提升、配平舵偏和變體驅(qū)動鉸鏈力矩顯著下降。
3.跨域自然光場緊組合導(dǎo)航建模方法與運動信息估計理論。
圍繞跨域(5-25Ma速域,0-100km空域)條件下,太陽光/偏振光/星光等自然光場感知機理及深耦合建模需求,揭示高空自然光場信息與導(dǎo)航信息演變規(guī)律與自適應(yīng)反演機理,分析氣動光熱、飛行振動等多源干擾的物理來源、動態(tài)特性和傳遞機制,研究跨域仿生感知機理及多源非高斯干擾精細(xì)表征、面向氣動光/熱等復(fù)合干擾的組合導(dǎo)航信息估計、太陽光/偏振光/星光等多尺度光學(xué)信息無縫導(dǎo)航等理論方法,突破仿生偏振導(dǎo)航傳感器多源異質(zhì)復(fù)合誤差迭代標(biāo)定、仿生多傳感器緊組合導(dǎo)航建模等關(guān)鍵技術(shù),建立跨域環(huán)境下偏振光場模型數(shù)據(jù)庫,研制面向氣動光/熱等復(fù)合干擾的組合導(dǎo)航信息估計軟件,實現(xiàn)跨域高動態(tài)條件下無偏直射光干擾、偏振光拖尾誤差、偏振折射率梯度干擾等多源異質(zhì)干擾的識別與估計,提高跨域飛行條件下自然光場導(dǎo)航的環(huán)境適應(yīng)性及空間適應(yīng)性。
4.跨域智能變構(gòu)與高效飛行控制理論和方法。
針對跨域(0-25Ma速域,0-100km空域)變構(gòu)飛行中一機多能、全程能耗最優(yōu)的未來航天運輸系統(tǒng)需求,考慮跨域和變構(gòu)飛行引起的氣動構(gòu)型/飛行任務(wù)/姿軌控制強耦合,開展變構(gòu)與飛行控制理論和方法研究,建立面向飛行控制設(shè)計的寬域包線變構(gòu)型動力學(xué)建模理論,表征跨域流場結(jié)構(gòu)變化的全域耦合動力學(xué)特征;解決面向跨域飛行典型任務(wù)場景的智能構(gòu)型/任務(wù)決策問題,實現(xiàn)力/熱/控制的綜合性能指標(biāo)優(yōu)化;設(shè)計適應(yīng)寬域包線和時變構(gòu)型的全程實時任務(wù)/軌跡規(guī)劃方法,高效應(yīng)對多物理場飛行環(huán)境和多樣化任務(wù);研究抑制變構(gòu)飛行產(chǎn)生的多源干擾的軌跡/姿態(tài)控制理論與方法,滿足跨域飛行器的姿軌飛行品質(zhì)指標(biāo)要求。
5.跨域變構(gòu)飛行器分布式應(yīng)變動態(tài)感知方法及摩阻自主反演模型研究。
針對跨域(0-25Ma速域,0-100km空域)變構(gòu)飛行器在復(fù)雜環(huán)境下的多物理參數(shù)實時在線動態(tài)感知需求,研究復(fù)雜曲面應(yīng)變快速感知機理與分布式應(yīng)變信號解耦理論,探索基于跨域自主飛行過程中分布式應(yīng)變信息的摩阻系數(shù)反演模型,建立飛行器環(huán)境信息實時監(jiān)測與表面阻力測量方法,突破柔性耐高溫薄膜應(yīng)變傳感(1500°C下服役大于24小時)和陣列式智能蒙皮應(yīng)變動態(tài)感知功能集成技術(shù),研制跨域飛行環(huán)境適應(yīng)的柔性耐高溫應(yīng)變動態(tài)信息感知樣件,在典型平板結(jié)構(gòu)上開展地面試驗及評價。
6.跨域變構(gòu)飛行器智能系統(tǒng)工程框架與演進優(yōu)化方法。
面向傳統(tǒng)V型總體設(shè)計范式難以適應(yīng)強時變跨域飛行器總體設(shè)計的問題,以核心能力綜合優(yōu)化為目標(biāo),開展智能科學(xué)賦能的復(fù)雜飛行器系統(tǒng)工程總體框架設(shè)計研究,基于高速變構(gòu)型虛實數(shù)據(jù)、模型及經(jīng)驗,開展對復(fù)雜系統(tǒng)的統(tǒng)一建模表征、模型網(wǎng)絡(luò)智能自主關(guān)聯(lián)分析和全系統(tǒng)智能迭代演進優(yōu)化方法總體架構(gòu)設(shè)計,構(gòu)建雙環(huán)螺旋迭代演進優(yōu)化數(shù)字環(huán)境,形成多物理場跨域變構(gòu)飛行器優(yōu)化設(shè)計方法與平臺。具備涵蓋機翼伸展、彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的跨域變構(gòu)飛行器智能優(yōu)化設(shè)計能力;可兼容變構(gòu)飛行器氣動、軌跡、防熱專業(yè)知識庫。
?。ㄈ┘身椖?。
在本重大研究計劃前期布局和資助成果的基礎(chǔ)上,集中優(yōu)勢力量,圍繞以下方向進行集成,力爭實現(xiàn)跨越發(fā)展。
1.復(fù)雜力熱環(huán)境下光滑連續(xù)變形翼設(shè)計理論與集成驗證。
面向航天運輸系統(tǒng)跨域高效飛行需求,研究跨域飛行器翼面變形策略與飛行環(huán)境、主動防熱柔性蒙皮與變形機構(gòu)的相關(guān)約束及耦合作用機理及規(guī)律,構(gòu)建多維連續(xù)光滑變形翼多學(xué)科協(xié)同設(shè)計方法;突破極端力熱環(huán)境下大尺寸異形柔性蒙皮設(shè)計理論與變形機構(gòu)集成方法、光滑連續(xù)變形翼機構(gòu)-結(jié)構(gòu)-防熱一體化設(shè)計與性能評價方法,實現(xiàn)多維光滑連續(xù)變形翼樣機集成及地面模擬驗證。飛行器呈現(xiàn)飛機構(gòu)型時超聲速狀態(tài)最大升阻比不小于2,亞聲速狀態(tài)最大升阻比不小于3.5,單獨翼面具備不少于三種變形形式,面積變化率≥20%,等效氣動壓力峰值不小于7.5kPa環(huán)境下可保持光滑連續(xù)變形;風(fēng)洞模擬驗證翼面樣機尺寸長度不小于1.5m,可承受400s以上200kW/m2熱流載荷作用。
2.跨域變構(gòu)飛行多物理場重構(gòu)與信息感知傳輸技術(shù)集成驗證。
針對跨域(5-25Ma速域,20km-軌道高度)高速變構(gòu)飛行器在極端力熱電磁環(huán)境下狀態(tài)與態(tài)勢感知、全程可靠信息傳輸?shù)刃枨螅芯靠缬蝻w行器變構(gòu)下力/熱/電磁物理場耦合機理、多源信息智能感知與融合、飛行環(huán)境/狀態(tài)重構(gòu)與信息特征的關(guān)聯(lián)機制等科學(xué)問題,突破極端環(huán)境參數(shù)(非平衡高溫流場電子密度≥1020m-3、總溫≥6000K)解耦測量與空間分布重構(gòu)技術(shù)、復(fù)雜飛行器外形下分布式天饋系統(tǒng)(極小開窗尺寸≤φ100mm、耐溫>1700K@2000s)設(shè)計與波束智能賦形技術(shù)、多域(時、頻、空、能量域)電磁信息智能融合與感知傳輸一體化(頻段:L、S、C、X、Ku、Ka)等關(guān)鍵技術(shù),研制飛行器狀態(tài)/環(huán)境/電磁感知與信息傳輸原理集成系統(tǒng),開展地面模擬環(huán)境(等離子體電子密度≥1020m-3、總溫≥6000K、等離子體射流尺寸>φ100mm)綜合實驗驗證,為跨域高效智能飛行提供信息化支撐。
四、項目遴選的基本原則
?。ㄒ唬┚o密圍繞核心科學(xué)問題,注重需求及應(yīng)用背景約束,鼓勵原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性和交叉性的前沿探索。
(二)優(yōu)先資助能夠解決多物理場高效飛行中的基礎(chǔ)科學(xué)難題并具有應(yīng)用前景的研究項目。
?。ㄈ┲攸c資助具有良好研究基礎(chǔ)和前期積累,對總體科學(xué)目標(biāo)有直接貢獻與支撐的研究項目。
五、2024年度資助計劃
擬資助培育項目9-11項,資助直接費用約為80萬元/項,資助期限為3年,培育項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日—2027年12月31日”; 擬資助重點支持項目5-7項,資助直接費用約為300萬元/項,資助期限為4年,重點支持項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日—2028年12月31日”;擬資助集成項目2項,直接費用資助強度約為1200萬元/項,資助期限為3年,申請書中研究期限應(yīng)填寫“2025年1月1日—2027年12月31日”。
六、申請要求及注意事項
?。ㄒ唬┥暾垪l件。
本重大研究計劃項目申請人應(yīng)當(dāng)具備以下條件:
1. 具有承擔(dān)基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷;
2. 具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)(職稱)。
在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。
?。ǘ┫揄椛暾堃?guī)定。
執(zhí)行《2024年度國家自然科學(xué)基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關(guān)要求。
(三)申請注意事項。
申請人和依托單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2024年度國家自然科學(xué)基金項目指南》和《關(guān)于2024年度國家自然科學(xué)基金項目申請與結(jié)題等有關(guān)事項的通告》中相關(guān)要求。
1.本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2024年4月15日-4月22日16時。
項目申請書采用在線方式撰寫。對申請人具體要求如下:
?。?)申請人應(yīng)當(dāng)按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。
?。?)本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學(xué)問題,對多學(xué)科相關(guān)研究進行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢整合,成為一個項目集群。申請人應(yīng)根據(jù)本重大研究計劃擬解決的具體科學(xué)問題和項目指南公布的擬資助研究方向,自行擬定項目名稱、科學(xué)目標(biāo)、研究內(nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費等。
?。?)申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”,亞類說明選擇“培育項目”、“重點支持項目”或“集成項目”,附注說明選擇“多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理”,受理代碼選擇T02,受理代碼選擇不準(zhǔn)確或未選擇的項目申請將不予受理,并根據(jù)申請項目的具體研究內(nèi)容選擇不超過5個申請代碼。
培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個,集成項目的合作單位不得超過4個。
?。?)申請人在“(一)立項依據(jù)與研究內(nèi)容”中“2.項目的研究內(nèi)容、研究目標(biāo),以及擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題”部分,應(yīng)當(dāng)首先說明申請項目符合本項目指南中的具體資助研究方向(寫明指南中的研究方向序號和相應(yīng)內(nèi)容),以及對解決本重大研究計劃核心科學(xué)問題、實現(xiàn)本重大研究計劃科學(xué)目標(biāo)的貢獻。
如果申請人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計劃相關(guān)的其他科技計劃項目,應(yīng)當(dāng)在申請書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請項目與其他相關(guān)項目的區(qū)別與聯(lián)系。
2.依托單位應(yīng)當(dāng)按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2024年4月22日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認(rèn)提交本單位電子申請書及附件材料,并于4月23日16時前在線提交本單位項目申請清單。
3.其他注意事項。
?。?)為實現(xiàn)重大研究計劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成,獲得資助的項目負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定,項目執(zhí)行過程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關(guān)系。
?。?)為加強項目的學(xué)術(shù)交流,促進項目群的形成和多學(xué)科交叉與集成,本重大研究計劃將每年舉辦一次資助項目的年度學(xué)術(shù)交流會,并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會。獲資助項目負(fù)責(zé)人有義務(wù)參加本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動,并認(rèn)真開展學(xué)術(shù)交流。
?。ㄋ模┳稍兎绞?。
國家自然科學(xué)基金委員會交叉科學(xué)部二處
聯(lián)系電話:010-62329548,010-62329489
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? ? ? ?來源:國家自然科學(xué)基金委員會
單位介紹:
? ? ? ? ?我單位主要從事國家級科技成果評價、國家科技計劃項目申報咨詢(工信部、發(fā)改委、科技部等)、項目戰(zhàn)略研討、專家考察調(diào)研、研發(fā)平臺搭建、開展科技政策培訓(xùn)、企業(yè)內(nèi)訓(xùn)等相關(guān)業(yè)務(wù)。利用強大的專家資源,為廣大科研工作者及科技型企事業(yè)單位提供專業(yè)化服務(wù)。
? ? ?近期相關(guān)科技培訓(xùn):
? ? ?3月20-22日成都|2024 年科技項目申報與經(jīng)費使用管理、結(jié)題審計、綜合績效評價改革專題培訓(xùn)班
? ? 3月20—23日上海、4月10—13日北京、4月17—20日成都、5月15—18日蘇州 |2024年國家科技計劃項目申報和科研平臺建設(shè)運行、科研經(jīng)費全過程管理與信息化建設(shè)高級研修班
3月27-30日重慶、4月23-26日杭州|高價值專利布局、專利檢索分析及科技成果轉(zhuǎn)化運用能力提升培訓(xùn)班
3月27-30日揚州 |科技成果轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化操作實務(wù)及商業(yè)秘密風(fēng)險防范培訓(xùn)班
? ? ?如有相關(guān)需求可聯(lián)系: 王主任 ,電話:13426056628(同微信)
? ? ?(微信掃描下方二維碼關(guān)注微信公眾號,及時了解最新科技政策消息及近期科技培訓(xùn)計劃動態(tài)。)
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