Soyuz (lançador)

Soyuz
Space Launcher
Lançador Soyuz usado para a missão Soyuz 19 em 15 de julho de 1975 (Apollo-Soyuz).
Lançador Soyuz usado para a missão Soyuz 19 em 15 de julho de 1975 (Apollo-Soyuz).
Dados gerais
País nativo Rússia União Soviética
Construtor Progresso TsSKB
Primeiro voo 26 de novembro de 1966
Último voo Operacional (2021)
Lançamentos de sucesso 1068 (apenas Soyuz), 1857 (R7 e derivados)
Altura 46 a 51 m (46 m Soyuz-2)
Diâmetro 10,3  m
Tirar peso 305 a 313 toneladas (306 Soyuz-2 toneladas)
Andar (es) 4 (0 a 3)
Take-off impulso 4.148,6  kN
Base (s) de lançamento Baikonur / Plesetsk / Centro Espacial da Guiana / Vostotchny
Carga útil
Órbita baixa 9.000  kg (STB)
Transferência geoestacionária (GTO) 3.200  kg (STB)
Motorização
1 st andar 4 RD-107 / RD-117 / RD-107A RP-1 / LOX
2 e andar 1 RD-108 / RD-118 / RD-108A RP-1 / LOX
3 e andar 1 RD-0110 ou RD-0124 RP-1 / LOX
4 e chão Fregat: 1 S5,92 N 2 O 4/ UDMH

Soyuz (do russo Союз , com o "о" que é pronunciado "a" e que significa "União") é um lançador soviético e depois russo cujo projeto remonta à década de 1950 e que foi inicialmente usado para lançar os navios tripulados do programa Soyuz . Este lançador, com pouco mais de 310 toneladas e 46 metros de altura, pode colocar uma carga útil de mais de 7 toneladas em órbita baixa de cosmódromos russos. É usado hoje, em particular, para colocar em órbita os satélites militares russos, as tripulações da Estação Espacial Internacional , lançar os navios de carga Progress que abastecem a Estação Espacial Internacional e para colocar em órbita satélites científicos russos ou europeus. Graças à sua confiabilidade e baixo custo de produção, ainda é apreciado apesar da robustez das técnicas utilizadas. Ao final de 2017, foram lançados mais de 1.880 lançadores Soyuz, com uma taxa de sucesso próxima a 98%. Dejulho de 2011(retirada do serviço de ônibus espacial dos EUA ) emMaio de 2020(Primeiro vôo tripulado do Crew Dragon ), a espaçonave Soyuz era o único veículo capaz de enviar uma tripulação para a Estação Espacial Internacional .

Todos os lançadores Soyuz foram construídos desde o início na fábrica Progress localizada em Samara , no sudeste da Rússia . Até sessenta lançadores Soyuz são fabricados neste centro por ano no início dos anos 1980. Sob acordos comerciais com a Arianespace , o lançador Soyuz pode ser lançado desde o final de 2011 no Centro Espacial da Guiana (CSG), onde a montagem e o lançamento de instalações atendidos por As equipes russas são formadas em Sinnamary, perto de Kourou .

As diferentes versões de Soyuz

O lançador Soyuz foi colocado em serviço em 1966. É uma evolução do próprio lançador Voskhod derivado do míssil balístico intercontinental R-7 Semiorka , adicionando um terceiro estágio. O lançador possui 3 estágios em sua versão padrão. O lançador Molnia com um quarto estágio, desenvolvido posteriormente, pode atingir altas órbitas elípticas. Uma nova variante mais poderosa, o Soyuz-U , foi lançada pela primeira vez em 1973. A versão mais desenhada (776 cópias), fez seu último vôo em22 de fevereiro de 2017. Ele é substituído pelo Soyuz-FG e pelo Soyuz-2. O Soyuz-U tem uma variação, o lançador Soyuz-U2 , que usa um combustível chamado sintina ( 1,2-diciclopropil-1-metilciclopropano ) no lugar do querosene .

As diferenças entre as versões dizem respeito aos motores, à carenagem e ao combustível utilizado. Todas as versões têm 3 estágios e são otimizadas para injeção de carga útil em órbita baixa. Desde o final da década de 1990, um quarto estágio pode ser adicionado para atingir as órbitas mais altas, uma tarefa que até agora foi reservada para lançadores Molnia que não são flexíveis o suficiente para usar (o quarto estágio não pode ser aceso apenas uma vez).

Primeiras versões

Versões posteriores

Soyuz-2 / ST

A partir de 1992, a Rússia lança o desenvolvimento de uma nova versão da versão Soyuz-U apelidada de Rus ( russo  : Русь ) que deve permitir colocar em órbita baixa uma carga útil de 7,5 toneladas. A Rússia deve ter um sistema de controle de voo digital destinado a substituir o antigo sistema analógico da década de 1960. Essa modificação deve permitir mais flexibilidade no plano de lançamento e otimizar o uso de combustível. Aumentar a capacidade de carga. Um novo motor deve ser instalado no terceiro estágio (RD-0124 com um empuxo de 30 kN, um impulso específico de 3.522 Ns / kg ou 359 segundos) e os motores do primeiro e segundo estágios devem ser substituídos por RD-107A e mais poderoso RD-108A. Rus foi posteriormente renomeado Soyuz-2 . Mas a aeronáutica russa na época reduziu os recursos e o desenvolvimento do Soyuz-2 foi desacelerado.

A criação de uma estrutura conjunta com a Arianespace , empresa Starsem , responsável pela comercialização do lançamento dos satélites comerciais ocidentais pelo lançador Soyuz, permite eliminar os constrangimentos financeiros. O dinheiro dos primeiros contratos é usado para relançar o desenvolvimento da nova versão do Soyuz. Originalmente, a Starsem planeja comercializar a partir de 2002 um Soyuz-U com um sistema de controle de vôo digital e os motores RD-107A e RD-108A sob o nome Soyuz-ST . O novo modelo deve ter uma nova carenagem (tipo ST) de tamanho equivalente ao do lançador Ariane 4 . Uma variante equipada ao nível da terceira fase com um motor RD-0124 recebe a designação Soyuz-ST + .

Finalmente, uma versão menos ambiciosa do Soyuz-FG foi desenvolvida em 2001, diferindo da versão U apenas por seus motores RD-107A e RD-108A. É inicialmente usado para lançar espaçonaves tripuladas ou de abastecimento. Ao mesmo tempo, o estágio Fregat é desenvolvido e usado com sucesso no Soyuz-U e então no Soyuz-FG. Posteriormente, uma nova tampa (tipo S) foi desenvolvida e usada, por exemplo, nos lançadores das sondas espaciais Mars Express e Venus Express .

O 8 de novembro de 2004um lançador Soyuz-2.1a , modelo intermediário, foi lançado com sucesso. Esta versão possui um sistema de controle de vôo digital e seu terceiro estágio, embora ainda equipado com o antigo RD-0110, foi modificado para acomodar um motor RD-0124. Um segundo lançamento ocorre em19 de outubro de 2006para colocar em órbita o satélite meteorológico europeu MetOp para o qual o quarto estágio Fregat e uma carenagem do tipo ST são usados. O Soyuz-2.1b , que incorpora as especificações originais do Soyuz-2, foi lançado pela primeira vez em Baikonur em27 de dezembro de 2006 : coloca o telescópio espacial CoRoT em órbita polar .

O Soyuz-2.1a pode colocar uma carga útil de 7.020  kg em uma órbita de 200  km de Baikonur; do Cosmódromo de Plessetsk , uma carga de 6.830  kg pode ser enviada para uma órbita de 220  km . O Soyuz-2.1b pode colocar uma carga útil de 8.250  kg em uma órbita de 200  km de Baikonur; do Cosmódromo de Plessetsk, uma carga de 7.020  kg pode ser enviada para uma órbita de 220  km .

A capacidade de um Soyuz-STK (versões 2.1ae 2.1b, "ST" para "Trópicos Especiais") usado na Guiana ainda é muito maior. Do Centro Espacial da Guiana , a versão Soyuz-STK pode colocar uma carga de 9.000  kg em órbita baixa. A uma altitude de 450  km , a capacidade é aumentada de 4.900  kg para 5.500  kg com a adição do estágio Fregat. Os dois primeiros lançamentos do CSG foram bem-sucedidos:

Em 2006, um novo desenvolvimento está planejado sob o nome de Soyuz 2.3. Esta versão possui um estágio central movido por um motor Kouznetzov NK-33 (o motor do lançador N1 ). Este modelo pode colocar uma carga útil de 11 toneladas de Baikonur e 12,7 toneladas do CSG em órbita baixa.

Quarto andar

Para que o lançador Soyuz seja capaz de orbitar satélites comerciais, satélites científicos e sondas espaciais em uma órbita média, alta ou interplanetária, um quarto estágio é desenvolvido. Esta etapa é envolvida pela carenagem com a carga útil .

O piso Soyuz-Ikar

O estágio Ikar é desenvolvido a partir do sistema de propulsão do satélite de observação Iantar e é usado em um Soyuz-U para orbitar os satélites Globalstar. Vinte e quatro satélites Globalstar foram colocados em órbita em 1999 por seis lançadores a uma taxa de quatro satélites por vôo. A montagem Soyuz-U / Ikar pesa 308 toneladas e tem 47.285 metros de altura. A partir do ano 2000, Ikar é substituído pelo piso Fregat .

O piso Fregat

O estágio Fregat é desenvolvido a partir do sistema de propulsão das sondas espaciais Phobos e Mars 96  ; é equipado com um moderno sistema de controle de vôo digital e um propulsor que pode ser religado até vinte vezes. É desenvolvido pela empresa russa Lavochkin .

Suas características são ótimas para o lançamento de vários satélites que devem ser colocados em diferentes órbitas . O primeiro voo permite colocar os satélites da Agência Espacial Europeia (ESA) da missão Cluster . Dois outros voos validam as capacidades do piso Fregat. Desde então, esse estágio tem sido usado para o lançamento de sondas espaciais ( Mars Express ) e satélites comerciais.

Desde 2006, o estágio Fregat é usado em conjunto com a nova versão Soyuz-2 e, portanto, a versão Soyuz ST para lançamentos do CSG, o primeiro dos quais ocorre em 21 de outubro de 2011.

A montagem Soyuz / Fregat pesa 306 toneladas e tem 46.645 metros de altura; pode colocar uma carga útil de 2100 kg em órbita de transferência geoestacionária de Baikonur e uma  órbita de transferência para Marte de 1260  kg .

Características técnicas

Primeiro andar

O primeiro estágio da Soyuz consiste em quatro propulsores cônicos idênticos dispostos em feixes amarrados ao redor do segundo estágio. Cada propulsor possui um único motor RD-107 com um conjunto de bombas turbo que aciona quatro câmaras de combustão, bem como dois motores vernier . Os motores funcionam com uma mistura de querosene (combustível) / LOX, ou seja, oxigênio armazenado no estado líquido ( oxidante ).

Características (para cada um dos 4 propulsores)

Segundo andar

O segundo estágio do Soyuz é um único estágio quase totalmente cilíndrico cuja configuração se aproxima dos propulsores do primeiro estágio. O motor é um RD-108, uma variante do RD-107, e os tanques de combustível são alongados para transportar mais combustível. Como cada um dos propelentes no primeiro estágio, ele tem quatro câmaras de combustão e 1 conjunto de bombas turbo, mas por outro lado tem quatro motores vernier em vez de dois. O segundo estágio é aceso na decolagem (projeto que permitia que o lançamento fosse interrompido em caso de problema de ignição, já que no início da era espacial era um ponto fraco dos propulsores) e continua operando quase três minutos após a separação da primeira fase. Este estágio é designado pela letra A, enquanto os quatro propulsores do primeiro estágio são designados pelas letras B, W, G e D (correspondendo às primeiras cinco letras do alfabeto cirílico  : А, Б, В, Г, Д )

Terceiro andar

O terceiro estágio usa um motor RD-0110 que também funciona com querosene e LOX. Ele é ligado dois segundos antes que o segundo estágio seja desligado. Hoje, existem duas variantes do terceiro estágio: Bloco I ( Russo И ) e sua versão melhorada usada para Soyuz 2-1-b

Fregat do quarto andar

O quarto andar Fregat:

Torre de resgate

Quando o foguete Soyuz tem que lançar uma cápsula tripulada, uma torre de resgate ( САС russo isto é, система аварийного спасения ) vem para tampar o foguete. O sistema de resgate inclui vários foguetes de combustível sólido. No caso de um lançamento abortado, os foguetes da torre de resgate são acionados e impulsionam a cápsula contendo os cosmonautas para fora da zona de perigo. Uma vez na altitude, a torre de resgate é liberada e paraquedas são acionados para permitir um pouso suave da cápsula. O27 de setembro de 1983, um foguete Soyuz-U explodiu na mesa de lançamento  : a torre de resgate salvou a espaçonave Soyuz T-10-1 alguns segundos antes da explosão. O dispositivo de resgate também inclui quatro grandes painéis retangulares fixados na carenagem que, se a torre de resgate for ativada, são implantados para estabilizar a cápsula na fase de subida. Em seguida, pequenos foguetes de combustível sólido separam a tampa da cápsula.

A plataforma de lançamento da Soyuz

Em sua plataforma de lançamento, o foguete Soyuz está, em sua maior parte, suspenso por quatro braços que o mantêm de pé. Quando o foguete começa a subir, os contrapesos abrem os braços. Manter o foguete suspenso é um conceito introduzido pelos foguetes R-7 / Soyuz. Todo o foguete é assim mantido por seus propulsores laterais. Estes, por sua vez, mantêm o piso central. Este projeto reproduz as condições de vôo durante as quais os propulsores laterais empurram a parte central.

Na ignição, os propulsores laterais são acesos primeiro e, em seguida, o segundo estágio é colocado no centro. Quando os propulsores do primeiro estágio desligam, eles simplesmente se desligam. Não há nenhum sistema mecânico, elétrico ou hidráulico complexo para separar os propulsores laterais do resto do foguete.

Bases de lançamento

O foguete Soyuz pode decolar de quatro bases de lançamento:

As versões do lançador estudadas

Vários projetos de foguetes mais poderosos desenvolvidos a partir do foguete Soyuz foram estudados. Até ao momento, estes projectos não puderam ser realizados por falta de meios financeiros ou de candidaturas. Os mais conhecidos são descritos a seguir.

Yamal

Yamal ( russo Ямал ) é um foguete proposto em 1996 pela RKK Energia que depende fortemente do foguete Soyuz existente. O objetivo dos projetistas é aumentar muito a capacidade de carga sem modificar as características do foguete, de modo a poder usar as instalações da Soyuz sem modificações. Além disso, a construção do foguete Yamal deve aproveitar ao máximo as instalações existentes. O nome do novo foguete leva o do satélite de comunicação do conglomerado russo Gazprom que seria lançado pelo novo foguete (finalmente o satélite foi lançado em 1999 com um foguete Proton).

O primeiro estágio do foguete Yamal reproduz sem alteração o do Soyuz-U. A segunda etapa é receber um motor NK-33 . O NK-33 é o motor desenvolvido para o foguete lunar N1 , que usava vários. O NK-33 não é mais usado, mas cerca de trinta cópias foram mantidas. Esses motores tiveram que ser verificados e ligeiramente modificados: por exemplo, esperava-se que a pressão na câmara de combustão fosse aumentada e que pudesse ser dirigida. Além disso, para permitir a instalação do motor, o diâmetro da segunda fase teve de ser aumentado para 3,44 metros (na Soyuz 2,66  m ) e a massa do depósito de combustível aumentou para 144 toneladas - mais cinquenta toneladas do que na Soyuz). O diâmetro do terceiro estágio teve que ser aumentado, o que possibilitou o transporte de trinta toneladas de combustível. O piso deveria receber um RD-0124 que também é instalado no Soyuz-2. Além disso, o foguete deveria receber um quarto estágio chamado Taimyr ( Russo Таймыр ), que era derivado do bloco “D” do Próton. Um novo cocar mais volumoso também foi planejado. A massa do novo foguete foi limitada a 374 toneladas , o que lhe permitiu usar as instalações da Soyuz em Baikonur e Plesetsk destinadas a foguetes com massa máxima de quatrocentas toneladas. O foguete pode colocar 11,8 toneladas em uma órbita de 200  km de Baikonur, com a carga útil de Plesetsk limitada a 11,3 toneladas e 1,36 toneladas em órbita geoestacionária.

Embora o foguete pudesse ser desenvolvido com pequenas modificações e a partir de elementos do N1 já disponíveis, faltava dinheiro, de modo que Yamal nunca foi desenvolvido. Em 1999, Aurora, uma variante do Yamal destinada à exportação, também foi oferecida.

aurora

Aurora ( russo Аврора ou seja, Aurora) é uma variante do Yamal que foi exibida pela primeira vez em 1999. Aurora deveria ser retirada de uma nova instalação localizada na Ilha Christmas , de propriedade da Austrália no Oceano Índico , lançamentos de qualificação previamente programados para acontecer em Baikonur . Os custos de construção do local de lançamento foram estimados em quinhentos milhões de dólares e tiveram de ser suportados por investidores privados. Aurora deveria se concentrar no segmento de satélites de telecomunicações de médio porte comercial. Após alguns trabalhos preparatórios, o financiamento do projeto foi finalmente suspenso. A queda no mercado de satélites hoje torna improvável que Aurora seja produzida.

Aurora era um pouco diferente de Yamal: as modificações mais significativas incluíam uma versão aprimorada do motor NK-33-1 e uma carenagem ainda maior. Essas modificações permitiram aumentar a carga útil em 2%. O aprimoramento do foguete combinado com a posição do local de lançamento próximo ao equador permitiu ao Aurora colocar uma carga útil de 11.860  kg em uma órbita de 200  km com uma inclinação de 11,3 °. O foguete pode enviar uma carga de 4.350  kg para a órbita de transferência geoestacionária e 2.600  kg para a órbita geoestacionária.

Onega

Onega ( russo Онега , em homenagem ao rio) foi proposto em 2004 como um lançador da nova espaçonave Kliper . Era para ser capaz de colocar do Cosmódromo Plessetsk 14,5 toneladas em órbita baixa e 1,6 toneladas em órbita geoestacionária (de acordo com outras fontes 2,3 toneladas ). Os quatro propulsores da primeira fase receberiam um novo motor RD-0155 com uma única câmara de combustão e que, como seu antecessor, usava uma mistura LOX / querosene. De acordo com outros estudos, os propulsores deveriam receber o motor RD-120.10F (11D123) que equipava o segundo estágio do foguete Zenit .

Lançamento do Soyuz do Centro Espacial da Guiana

No final de 2004, a Agência Espacial Européia (ESA) e a agência espacial russa Roscosmos assinaram um acordo que prevê o lançamento de foguetes Soyuz a partir de 2007 do Centro Espacial da Guiana , na Guiana Francesa , para aproveitar o baixo custo de o lançador e a localização geográfica do CSG, que, graças à proximidade do equador , aumenta significativamente a carga útil quando a órbita do alvo é uma órbita geoestacionária: a capacidade de lançamento em órbita de transferência geoestacionária aumenta de 1,7 para 3,3 toneladas. A Soyuz será usada para colocar em órbita os satélites que o Arianespace vai lançar quando o tamanho não justificar o uso de um Ariane 5 .

As instalações, denominadas Soyuz Launch Set (ELS), estão a ser construídas na localidade de Sinnamary , cerca de dez quilómetros a noroeste do equipamento utilizado pelo Ariane 5 na localidade de Kourou , criando assim uma vasta extensão do centro espacial, que é o orgulho dos habitantes das duas comunas, e trazendo um ganho substancial para a economia local .

As instalações de lançamento e os procedimentos implementados são praticamente idênticos aos de Baikonur  :

A montagem e o lançamento são realizados por equipes russas.

A construção destas instalações, a um custo de 344 milhões de euros apoiados principalmente pela Agência Espacial Europeia, está muito atrasada: o primeiro disparo, previsto para Maio de 2009, foi finalmente realizado em outubro de 2011, após vários adiamentos. Desde o comissionamento do lançador leve Vega , também disparado do CSG, a base de lançamento pode garantir o lançamento de todas as cargas, exceto missões tripuladas. Essas instalações também podem ser utilizadas, com importantes adaptações, para o lançamento de voos tripulados da Soyuz. No entanto, até agora esta possibilidade não foi objecto de qualquer discussão oficial entre a ESA e a Rússia. No entanto, o site foi construído para prever essa evolução futura.

Os modelos de lançador Soyuz lançados a partir do CSG se beneficiam das melhorias feitas no lançador desde os anos 2000:

As versões guianenses do lançador são chamadas Soyuz-STA (para a variante Soyuz-2.1a) e Soyuz-STB (variante Soyuz-2.1b).

O primeiro lançamento de um lançador Soyuz (STB) do CSG ocorre em 21 de outubro de 2011, para colocar os dois primeiros satélites operacionais do Galileu em órbita . Os dois satélites de teste Giove-A e Giove-B também são lançados por um lançador Soyuz, mas de Baikonur , e um por um.

Lançamentos marcados por incidentes notáveis

Três Soyuz tripulado lança falhas experimentadas do lançador. Cada vez que a tripulação sobreviveu, demonstrando a confiabilidade dos procedimentos de resgate.

Soyuz 18a (1975)

O 5 de abril de 1975, durante a fase de propulsão da missão Soyuz 18a , um mau funcionamento impediu a separação completa do segundo estágio após sua extinção com o terceiro estágio do lançador. O foguete desequilibrado desvia-se rapidamente em mais de 10 ° de sua trajetória nominal, o que provoca automaticamente o abandono da missão, o desligamento do motor do terceiro estágio e a separação da embarcação Soyuz de seu lançador, depois do módulo de descida do outro módulos. Neste momento, a velocidade da nave é de 5,5  km por segundo e está a uma altitude de 180  km . Após 400 segundos sem gravidade, a cápsula fez uma reentrada atmosférica repentina, a tripulação desacelerando de 14 a 15  g com um pico de 21,3  g . O navio vai pousar com segurança nas montanhas da Sibéria Ocidental para 1200 metros em 1,5 metro de neve, enquanto 20 minutos mais cedo a tripulação tinha deixado Baikonur, onde havia uma temperatura de 25  ° C . Sem saber onde pousar, os cosmonautas queimam documentos militares caso caiam na China , com a qual a União Soviética estava, na época, praticamente em conflito. Após várias tentativas das equipes de resgate, uma das quais foi apanhada por uma avalanche, a tripulação foi içada sã e salva 24 horas após o pouso. Este é o primeiro caso de missão tripulada interrompida durante a fase de ascensão.

Soyuz T-10-1 (1983)

O 26 de setembro de 1983, pouco antes do lançamento da Soyuz T-10-1 , o combustível começou a vazar na base do lançador e pegou fogo. A central de controle tenta acionar a torre de resgate , mas os cabos de controle já estão queimados (a tripulação não tem meios para ativar o sistema por conta própria). O centro de controle gerencia 20 segundos depois para ativar a torre de resgate emitindo o comando de rádio. Após a separação do lançador, a espaçonave Soyuz é impulsionada por 5 segundos, submetendo seus ocupantes a uma aceleração de 14 a 17  g . Momentos depois, o lançador explode, destruindo o ponto de disparo. Depois de subir a uma altitude de 650 metros, o pára-quedas se abre e a espaçonave pousa a aproximadamente 4  km da plataforma de lançamento. A tripulação está sã e salva. Este é o único caso de implantação de uma torre de resgate , seja do lado russo ou americano.

Soyuz MS-10 (2018)

O 11 de outubro de 2018, durante o lançamento da espaçonave Soyuz MS-10 transportando dois membros da tripulação da Estação Espacial Internacional , a separação da primeira etapa do lançador Soyuz-FG, que ocorre após dois minutos de vôo a uma altitude de 50 km , está com defeito. Um dos quatro boosters não se desvia o suficiente do piso central ( 2 º andar) após a falha de um dos dispositivos carregados longe do lançador. Ele colidiu com este perfurando um de seus tanques e desativando o sistema de controle de atitude . O lançador sai do caminho pretendido e os sistemas de segurança acionam automaticamente a ejeção da embarcação Soyuz . Este último continuou sua subida na velocidade adquirida até uma altitude de 92 km e voltou ao solo após um vôo balístico . Os dois astronautas pousam com segurança após vinte minutos de vôo e sofreram uma aceleração de cerca de 7 g.

Notas e referências

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  2. (em) Patrick Blau, "  O foguete mais voado do mundo navega para a aposentadoria após a carreira de quatro décadas  " em spaceflight101.com ,22 de fevereiro de 2017
  3. 1 st  lançamento Soyuz-2-1a
  4. http://www.cnes-csg.fr/web/CNES-CSG-en/4755-the-soyuz-launcher.php
  5. http://www.cnes-csg.fr/web/CNES-CSG-fr/3882-soyouz.php
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Veja também

Bibliografia

Artigos relacionados

links externos