張永合在第九個中國航天日活動中。 　　受訪者供圖

　　人物小傳

　　張永合，1977年生，山東萊西人，中國科學院微小衛星創新研究院副院長。長期從事空間科學衛星系統設計與工程研制，聚焦時域與多信使天文學領域暫現源、引力波的先進探測系統研究，擔任“天關”衛星總設計師、中法天文衛星總指揮。曾獲北京市技術發明獎一等獎、上海市科技進步獎一等獎，入選國家高層次人才計劃。

　　

　　近千年之后，借助自主研制衛星重新“看見”天關客星

　　在金牛星座內，有一顆名為“天關”的恆星。北宋時期，一名負責記錄天象的官員曾觀測到一顆超新星在這顆恆星附近突然爆發，其亮度持續了20多天。他如實記錄了這一罕見的天文現象，並將這顆超新星稱為“天關客星”。“‘客星’指短時間內突然出現並快速消失的天體爆發事件，像客人突然來做客一樣，后來又走了。”“天關”衛星總設計師張永合解釋說。

　　天關客星消失后，在其爆發的位置形成了一個超新星遺跡“蟹狀星雲”，一直保留至今。

　　雖然我國最早記錄了天關客星，但在現代天文研究中，對其遺骸的觀測長期依賴國外設備。2012年，中國科學院國家天文台研究員袁為民和張臣博士找到在中國科學院微小衛星創新研究院工作的張永合，希望能合作研制一顆衛星，用於觀測類似天關客星這樣的宇宙暫現天體。

　　2024年1月，“天關”衛星在四川西昌發射升空，成為國際上首顆大視場X射線聚焦成像天文衛星。2025年6月，“天關”衛星成功捕捉到一個轉瞬即逝的宇宙X射線信號，為揭示恆星死亡過程提供了全新視角。“天關”衛星在運行中取得的一系列重要發現，得到《科學》雜志與歐洲空間局的高度評價，被認為揭開了“宇宙X射線探測新視野”。

　　2025年7月，“天關”衛星捕捉到一個異常明亮且急劇變化的X射線源，其亮度變化、輻射節奏與光譜特征與以往任何已知的爆發源都顯著不同。近日，在《科學通報》封面文章中，“天關”科學團隊提出了一個突破性的解釋：這很可能是一個中等質量黑洞撕裂並吞噬一顆白矮星的過程。這也是人類首次捕捉到如此極端的黑洞“進食”現場。近千年之后，我國憑借自主研制的衛星“看見”了更多的客星。

　　12台“仿生龍蝦眼”望遠鏡配置432個鏡片，構成“天關”衛星

　　為什麼要“看見”客星？“天關”衛星又是如何“看見”客星的？

　　在動態的宇宙中，隱藏著一些看似沉寂卻力量驚人的黑洞。它們能夠把周圍的恆星吞噬、撕裂，在極端引力的作用下輻射出巨大能量。“這類暫現源產生於天體形成和演化的關鍵階段，攜帶著來自上百億年前關於宇宙、星系和恆星的關鍵信息，能讓人類更好地理解宇宙從哪裡來、經歷過怎樣的演化。”張永合介紹。

　　然而，暫現源爆發早期的輻射信號往往富含X射線，X射線的能量極高，很容易穿透觀測設備，不像可見光那樣容易捕捉。“當時，國際上存在捕捉X射線的望遠鏡，但是這些望遠鏡的視場通常比較小，只能去看一些確定的方向。”張永合解釋，“實際上，宇宙中存在的很多X射線爆發是隨機的。因此，如果我們想要探測到這些隨機的暫現源，就需要靈敏度更高、能夠觀測到更大視場的新型監視器。”

　　龍蝦的眼睛具有廣闊的視野，裡面有無數細小的微孔，這種結構能夠使X射線光子通過掠射方式聚焦，從而捕捉暫現源的輻射信號。袁為民建議，他們正在模仿龍蝦的眼睛研制一種X射線探測儀器，希望將其搭載在“天關”衛星上。

　　兩人一拍即合，帶領團隊開啟了技術攻關之路。

　　張永合作為衛星設計師，需要把天文學家的夢想變成工程現實，但這並不容易。每一場研討會，都會帶來新的需求與挑戰。“大家總希望在衛星上多加一些東西，讓它的能力再強一點、視場再大一點、精度再高一點。”張永合說。

　　為了提高精度，張臣帶領團隊制作出“仿生龍蝦眼”鏡片，但性能很不理想，連X射線成像都很困難。隨著技術不斷優化，鏡片雖然能成像了，但清晰度依然不足，十分模糊。后來歷經多年攻關，團隊才將鏡片分辨率從十幾角分逐步提升至3角分。

　　更復雜的挑戰來自望遠鏡的溫控系統。在一台望遠鏡中，最下方的探測器適合在零下30攝氏度的環境中工作，中間部分鏡片的理想溫度是18攝氏度，而兩者相距不過375毫米。如此近的距離，需要的卻是“冷熱兩重天”的環境。“在技術上，我們用熱管把探測器的溫度導到前面的散熱板上，通過散熱板把溫度降低，同時還要給鏡片加熱。”張永合說。

　　面對不斷出現的問題和挑戰，張永合和團隊把所有問題與需求一條條展開研討，反復完善衛星設計方案。最終成型的“天關”衛星，形狀像朵盛開的花朵。四周的“花瓣”由12台“仿生龍蝦眼”望遠鏡構成，共配置了432個鏡片，每個鏡片上分布著上百萬個微小的方孔，就像龍蝦的眼睛一樣。衛星的重量也由最初的380公斤增加到1.1噸。

　　開展技術合作，努力用先進科技窺見更深遠的星空

　　在設計與制造科學衛星這條路上，張永合矢志攻關、艱苦跋涉。如果說“天關”衛星是十年磨一劍，那麼中法天文衛星的背后，則是近20年的探索與積累。

　　2005年，中法兩國簽署了合作協議，中法天文衛星和中法海洋衛星項目隨之啟動。中法天文衛星由中國科學院與法國國家空間研究中心攜手研制。那時張永合是剛入職兩年的新人，被選中參與其中。

　　中法天文衛星主要用於天文觀測，它的目標是觀測伽馬射線暴——宇宙大爆炸以來最劇烈的天體爆發現象。“我是學控制出身的，剛接觸項目時，天文現象在我腦子裡是一個模糊的概念，很多知識對我來說就像天書一樣。”回憶起當時的煩惱，張永合記憶猶新。

　　為了盡快“補課”，張永合總是找天文學家一起交流討論。他在實踐與學習中不斷積累。

　　從“天文小白”逐漸成長為中法天文衛星副總設計師，再到成為總指揮，張永合與團隊解決一個又一個問題，完成了一項又一項大型試驗。2024年6月，搭載中法天文衛星的長征二號丙運載火箭在中國西昌衛星發射中心成功發射升空。衛星與火箭成功分離並進入穩定飛行階段后，張永合長舒了一口氣。

　　中法天文衛星被稱為世界上伽馬射線暴的“最強捕手”，截至目前已經探測到超百例伽馬射線暴，其中一例來自130億年前，它可能源自宇宙最早期恆星塌縮形成的黑洞或中子星，讓人類得以窺見宇宙“嬰兒”時期的模樣。

　　“科學的意義，就在於不斷拓展我們的認知。”在張永合看來，正是這些研究，在一點點拓展著人類對宇宙整體圖景的認知邊界。目前，張永合正帶領衛星團隊研制一台旗艦型的X射線空間望遠鏡（eXTP），推進打造一個空間全變源觀測星座。未來，張永合希望有更多懷揣天文夢想的年輕人在這條路上持續接力，用先進科技窺見更深遠的星空。

　　

　　延伸閱讀

　　客星觀測難在哪

　　“天關”衛星要觀測的客星，也就是突然變亮或新出現的天體，可以把它們想象成在浩瀚的宇宙突然綻放又轉瞬即逝的煙花，要想捕獲它們難度很大。

　　首先，需要視野廣反應快。宇宙很大，客星可能出現在任何方向。一旦發現某個角落出現“閃光”，也就是X射線爆發信號，就要立刻自主計算並判斷，這相當於衛星要時刻緊盯各個角度。

　　其次，需要定位准接力穩。發現目標后，衛星需要迅速調整姿態，“盯住”目標，進行更精細的觀測。這就像先用肉眼發現遠處一閃而過的螢火虫，然后立刻用高倍望遠鏡鎖定它，不能跟丟。

　　同時，需要實時傳輸信息和協同觀測。衛星發現目標后，必須搶在天體信號消失前，把坐標信息通過北斗短報文等渠道實時傳回地面，引導全球其他望遠鏡一起觀測。這考驗的是整個觀測網絡的協同效率。

　　《 人民日報 》（ 2026年03月19日 06 版）