鑫优配模仿龙虾眼睛造卫星（弘扬科学家精神）

人物小传

张永合，1977年生，山东莱西人，中国科学院微小卫星创新研究院副院长。长期从事空间科学卫星系统设计与工程研制，聚焦时域与多信使天文学领域暂现源、引力波的先进探测系统研究，担任“天关”卫星总设计师、中法天文卫星总指挥。曾获北京市技术发明奖一等奖、上海市科技进步奖一等奖，入选国家高层次人才计划。

近千年之后，借助自主研制卫星重新“看见”天关客星

在金牛星座内，有一颗名为“天关”的恒星。北宋时期，一名负责记录天象的官员曾观测到一颗超新星在这颗恒星附近突然爆发，其亮度持续了20多天。他如实记录了这一罕见的天文现象，并将这颗超新星称为“天关客星”。“‘客星’指短时间内突然出现并快速消失的天体爆发事件，像客人突然来做客一样，后来又走了。”“天关”卫星总设计师张永合解释说。

天关客星消失后，在其爆发的位置形成了一个超新星遗迹“蟹状星云”，一直保留至今。

虽然我国最早记录了天关客星，但在现代天文研究中，对其遗骸的观测长期依赖国外设备。2012年，中国科学院国家天文台研究员袁为民和张臣博士找到在中国科学院微小卫星创新研究院工作的张永合，希望能合作研制一颗卫星，用于观测类似天关客星这样的宇宙暂现天体。

2024年1月，“天关”卫星在四川西昌发射升空，成为国际上首颗大视场X射线聚焦成像天文卫星。2025年6月，“天关”卫星成功捕捉到一个转瞬即逝的宇宙X射线信号，为揭示恒星死亡过程提供了全新视角。“天关”卫星在运行中取得的一系列重要发现，得到《科学》杂志与欧洲空间局的高度评价，被认为揭开了“宇宙X射线探测新视野”。

2025年7月，“天关”卫星捕捉到一个异常明亮且急剧变化的X射线源，其亮度变化、辐射节奏与光谱特征与以往任何已知的爆发源都显著不同。近日，在《科学通报》封面文章中，“天关”科学团队提出了一个突破性的解释：这很可能是一个中等质量黑洞撕裂并吞噬一颗白矮星的过程。这也是人类首次捕捉到如此极端的黑洞“进食”现场。近千年之后，我国凭借自主研制的卫星“看见”了更多的客星。

12台“仿生龙虾眼”望远镜配置432个镜片，构成“天关”卫星

为什么要“看见”客星？“天关”卫星又是如何“看见”客星的？

在动态的宇宙中，隐藏着一些看似沉寂却力量惊人的黑洞。它们能够把周围的恒星吞噬、撕裂，在极端引力的作用下辐射出巨大能量。“这类暂现源产生于天体形成和演化的关键阶段，携带着来自上百亿年前关于宇宙、星系和恒星的关键信息，能让人类更好地理解宇宙从哪里来、经历过怎样的演化。”张永合介绍。

然而，暂现源爆发早期的辐射信号往往富含X射线，X射线的能量极高，很容易穿透观测设备，不像可见光那样容易捕捉。“当时，国际上存在捕捉X射线的望远镜，但是这些望远镜的视场通常比较小，只能去看一些确定的方向。”张永合解释，“实际上，宇宙中存在的很多X射线爆发是随机的。因此，如果我们想要探测到这些随机的暂现源，就需要灵敏度更高、能够观测到更大视场的新型监视器。”

龙虾的眼睛具有广阔的视野，里面有无数细小的微孔，这种结构能够使X射线光子通过掠射方式聚焦，从而捕捉暂现源的辐射信号。袁为民建议，他们正在模仿龙虾的眼睛研制一种X射线探测仪器，希望将其搭载在“天关”卫星上。

两人一拍即合，带领团队开启了技术攻关之路。

张永合作为卫星设计师，需要把天文学家的梦想变成工程现实，但这并不容易。每一场研讨会，都会带来新的需求与挑战。“大家总希望在卫星上多加一些东西，让它的能力再强一点、视场再大一点、精度再高一点。”张永合说。

为了提高精度，张臣带领团队制作出“仿生龙虾眼”镜片，但性能很不理想，连X射线成像都很困难。随着技术不断优化，镜片虽然能成像了，但清晰度依然不足，十分模糊。后来历经多年攻关，团队才将镜片分辨率从十几角分逐步提升至3角分。

更复杂的挑战来自望远镜的温控系统。在一台望远镜中，最下方的探测器适合在零下30摄氏度的环境中工作，中间部分镜片的理想温度是18摄氏度，而两者相距不过375毫米。如此近的距离，需要的却是“冷热两重天”的环境。“在技术上，我们用热管把探测器的温度导到前面的散热板上，通过散热板把温度降低，同时还要给镜片加热。”张永合说。

面对不断出现的问题和挑战，张永合和团队把所有问题与需求一条条展开研讨，反复完善卫星设计方案。最终成型的“天关”卫星，形状像朵盛开的花朵。四周的“花瓣”由12台“仿生龙虾眼”望远镜构成，共配置了432个镜片，每个镜片上分布着上百万个微小的方孔，就像龙虾的眼睛一样。卫星的重量也由最初的380公斤增加到1.1吨。

开展技术合作，努力用先进科技窥见更深远的星空

在设计与制造科学卫星这条路上，张永合矢志攻关、艰苦跋涉。如果说“天关”卫星是十年磨一剑，那么中法天文卫星的背后，则是近20年的探索与积累。

2005年，中法两国签署了合作协议，中法天文卫星和中法海洋卫星项目随之启动。中法天文卫星由中国科学院与法国国家空间研究中心携手研制。那时张永合是刚入职两年的新人，被选中参与其中。

中法天文卫星主要用于天文观测，它的目标是观测伽马射线暴——宇宙大爆炸以来最剧烈的天体爆发现象。“我是学控制出身的，刚接触项目时，天文现象在我脑子里是一个模糊的概念，很多知识对我来说就像天书一样。”回忆起当时的烦恼，张永合记忆犹新。

为了尽快“补课”，张永合总是找天文学家一起交流讨论。他在实践与学习中不断积累。

从“天文小白”逐渐成长为中法天文卫星副总设计师，再到成为总指挥，张永合与团队解决一个又一个问题，完成了一项又一项大型试验。2024年6月，搭载中法天文卫星的长征二号丙运载火箭在中国西昌卫星发射中心成功发射升空。卫星与火箭成功分离并进入稳定飞行阶段后，张永合长舒了一口气。

中法天文卫星被称为世界上伽马射线暴的“最强捕手”，截至目前已经探测到超百例伽马射线暴，其中一例来自130亿年前，它可能源自宇宙最早期恒星塌缩形成的黑洞或中子星，让人类得以窥见宇宙“婴儿”时期的模样。

“科学的意义，就在于不断拓展我们的认知。”在张永合看来，正是这些研究，在一点点拓展着人类对宇宙整体图景的认知边界。目前，张永合正带领卫星团队研制一台旗舰型的X射线空间望远镜（eXTP），推进打造一个空间全变源观测星座。未来，张永合希望有更多怀揣天文梦想的年轻人在这条路上持续接力，用先进科技窥见更深远的星空。