2025年9月，张永合在北京接受《环球人物》记者采访。（本刊记者 侯欣颖/摄）

张永合

1977年出生于山东莱西，本科和硕士毕业于哈尔滨工业大学，博士毕业于中国科学院大学，现任中国科学院微小卫星创新研究院副院长。

近日，我国“天关”卫星正式向全球天文界公布首批科学数据，总量约200GB，涵盖上千次观测成果。这些数据详细记录了多类天体的活动情况，将为全球科学家研究恒星的剧烈变化、黑洞和中子星等致密天体的形成与演化提供重要支撑。

在一个深秋的傍晚，《环球人物》记者见到了“天关”卫星总设计师张永合。他匆匆赶到位于北京中关村的中国科学院国家空间科学中心时，刚结束一场会议，神情中透着几分掩饰不住的疲惫。他告诉记者，“天关”之名源自中国古人的智慧。

在金牛星座内，有一颗名为“天关”的恒星。宋朝时期，一位负责记录天象的官员曾用肉眼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。他将这一罕见现象如实记录，并称之为“天关客星”。虽然我国最早记录了“天关客星”，但在现代天文研究中，对其的观测工作长期依赖国外的设备。

2024年1月，“天关”卫星在西昌发射升空，成为国际首颗大视场X射线成像卫星。它的系列发现，获《科学》杂志与欧洲空间局高度评价，被认为揭开了“宇宙X射线探测新视野”。

2024年10月，张永合作“天关”卫星在轨测试总结。（孙自法/摄 中国新闻社）

“天关”一眼千年

“天关”的故事要从十多年前说起。2012年，国家天文台研究员袁为民找到当时在中科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，用于观测宇宙中的暂现源。“暂现源是指短时间内突然出现并快速消失的天体爆发事件，伽马射线暴就是暂现源的一种。古人把它称作‘客星’，意思是像客人突然来‘做客’一样，不久就‘走了’。”张永合说。

暂现源爆发早期的辐射信号，往往富含X射线。然而，X射线的能量极高，很容易穿透观测设备，无法像可见光那样通过反射或折射实现聚焦。袁为民指出，这颗卫星准备搭载可以模仿龙虾眼睛的X射线探测仪器。“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，从而捕捉到一些不容易看到的暂现源。”张永合解释道。

两人一拍即合，组织队伍开启了几年的项目申报与技术攻关之路。2017年末，“天关”卫星项目被批复立项。项目方案很吸引人，但实际操作起来难度不小。张永合记得，载荷团队在初步制作出“仿生龙虾眼”的镜片时，性能非常差，连X射线成像都很困难。到后来，镜片虽然能成像了，却十分模糊。后来历时5年，团队才将镜片分辨率从十几角分逐步提升至3角分。

“天关”卫星在太空中运行的动画模拟画面。（视觉中国）

因主要科学目标涉及黑洞、引力波等爱因斯坦相对论的重要预言，“天关”卫星也称“爱因斯坦探针”卫星。它的形状像朵盛开的莲花，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。

“它看起来和我们的生活好像没什么关系，但科学的意义，本就在于不断改变我们的认知。通过探测暂现源，我们能更好地理解宇宙从哪里来，经历过怎样的演化，等等。”在张永合看来，正是这些看似遥远的研究，在一点点拓展着人类对宇宙整体图景的认知边界。

中国“天关”，一眼千年。张永合相信，依托自主研发的空间科学卫星，我们能续写跨越千年的新篇章。

“新手小白”的挑战

在张永合心中，另一颗卫星的分量也很重，耗时更长。

2005年，中法两国签署了中法关于天文和海洋观测领域的合作协议，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，中方主导，双方共同开展卫星总体设计、联合研制、运行分析等工作。作为刚入职两年的新人，张永合被选中参与其中。

对他而言，机会摆在面前，挑战也随之而来。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。“什么是天体爆发？为什么会爆发？我是学控制出身的，天文在我脑子里是一个模糊的概念，每次听天文学家讲话就像听天书一样，根本理解不了。”回忆起当时的困境，张永合记忆犹新。

为了尽快“补课”，张永合经常与天文学家一起交流讨论。“他们会跟我讲，星星到底离我们有多远，是怎么测出来的；宇宙大爆炸中哪些是假设，哪些是理论推导，哪些是通过观测得出的……”耳濡目染中，那些看似抽象的话题慢慢变得具体而生动。

张永合（右）与法国工程师玛蒂娜合影。（受访者供图）

项目之初，张永合在团队中担任系统工程师，主要负责整理中方科学家的需求并转化为具体的工程要求。与张永合对等合作的是法方经验丰富的系统工程师玛蒂娜，她曾多次完整参与卫星从研制到发射的全过程。相比之下，首次担当重任的张永合几乎是从零学起。

“那个系统很庞大，很多东西对我来说是陌生的。”张永合回忆道。为此，他只能一边向玛蒂娜请教，一边加班查阅和研读相关的国际项目资料。玛蒂娜还将自己此前参与项目时使用的模板分享给他，两人协作推进，将系统需求文档从最初的20页逐渐细化扩展至200多页。

2008年，中法双方完成了卫星总体方案的设计，并通过工程可行性论证，计划采用法国泰雷兹公司某卫星平台。卫星平台是卫星中除有效载荷（执行特定任务的仪器设备，如望远镜、射线监视器等）外的其余部分，主要负责为载荷提供在轨运行所需的各种服务保障。然而，由于卫星平台价格上涨，中方未能与泰雷兹公司达成合作，项目陷入停滞。

“不打不相识”

中法天文卫星项目在近乎停滞状态中度过了6年。其间，中方曾在欧洲寻找合适的卫星平台，但始终未能如愿。后来，中方决定自主研制卫星平台，并争取到了两国航天局的支持。直到2014年，该项目才重新启动。

项目重新启动后，张永合担任卫星副总设计师，身上的担子比之前更重了。谈及过程中的挑战，他没有列举技术细节，而是脱口而出一个词——“吵架”。

在张永合记忆中，一年里与法方团队少有的几次碰面，是在争吵中度过的。“双方都想把自己的载荷性能做到最好，这就意味着载荷更重、需要的电量更多。但卫星平台的能力有限，我们增加重量，他们就要减少重量。”张永合解释道。载荷每增加一公斤，都会遭到对方的各种盘问，谁也不愿意让步，都想“吵赢”对方。

这样的争吵一直持续了3年多。但在分歧之中，双方也在不断磨合，不断从碰撞中寻找默契。中方认可法方扎实成熟的技术能力，法方对中方团队的投入程度与拼劲儿印象深刻。随着合作深入，双方关系愈发亲密，颇有些“不打不相识”的意味。“合作久了，中国人变得有点像法国人，法国人变得有点像中国人。最开始我们还区分法国团队、中国团队，后来只说我们团队。”

2019年是项目推进最繁忙的一年。来自法方的百余位科学家、工程师长期驻扎在中国，与中方联合完成了载荷、卫星平台部分硬件与软件的研制以及卫星验证阶段的试验。圣诞节前夕，法国团队提前完成工作回国，原计划春节后返回，可新冠疫情突如其来，“见面成了难题”。张永合感叹道：“我们只好将工作转移到线上，甚至在现场专门架了一台视频设备，让法国同事能够远程监测载荷状态。”

2023年，法方团队终于抵达上海，这时的张永合已升任总指挥。他带领团队争分夺秒地赶进度，完成了一项又一项大型试验。次年5月，卫星运往西昌发射场，进行发射前的现场测试工作。

整整一个月，张永合每天都泡在发射场里，把所有能想到的问题反复检查。卫星发射前一晚，他紧张得失眠了。“这个卫星我们做了20年，时间越久，成本就越高，身上的包袱也越重。”对张永合来说，他们没有第二次机会。

2024年6月22日，中法天文卫星在西昌卫星发射中心升空。（蒋启明/摄 中国新闻社）

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，张永合才长舒了一口气。

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。

从古到今，人类理解宇宙的方式在不断变化，但对未知的追问始终未曾改变，张永合们将继续窥见更深远的宇宙。

《环球人物》记者 董硕