在浩瀚宇宙中，金牛星座內有一顆名為“天關”的恒星。北宋時期，一位負責記錄天象的官員觀測到，這顆恒星附近突然爆發出一顆超新星，其亮度持續了20多天。這一罕見天文現象被如實記錄，這顆超新星被命名為“天關客星”。中國科學院微小衛星創新研究院副院長張永合解釋道：“‘客星’是指短時間內突然出現又快速消失的天體爆發事件，就像客人突然來訪，隨后又離開。”天關客星消失后，在其爆發位置形成了至今仍存的超新星遺跡“蟹狀星云”。

盡管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臺研究員袁為民與張臣博士找到張永合，希望合作研制一顆衛星，用于觀測宇宙中類似天關客星的暫現天體。張永合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，擔任“天關”衛星總設計師、中法天文衛星總指揮。雙方一拍即合，開啟了技術攻關之路。

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，它成功捕捉到一個轉瞬即逝的宇宙X射線信號，為揭示恒星死亡過程提供了全新視角。其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，被認為開啟了“宇宙X射線探測新視野”。2025年7月，“天關”衛星又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，“天關”科學團隊在《科學通報》封面文章中提出，這很可能是一個中等質量黑洞撕裂并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。

宇宙中隱藏著一些看似沉寂卻力量驚人的黑洞，它們能吞噬、撕裂周圍恒星，在極端引力作用下輻射出巨大能量。張永合介紹，這類暫現源產生于天體形成和演化的關鍵階段，攜帶著來自上百億年前關于宇宙、星系和恒星的關鍵信息，能讓人類更好地理解宇宙的起源與演化。然而，暫現源爆發早期的輻射信號往往富含X射線，X射線能量極高，容易穿透觀測設備，不像可見光那樣容易捕捉。當時國際上捕捉X射線的望遠鏡視場通常較小，只能觀測確定方向，而宇宙中很多X射線爆發是隨機的，要探測這些隨機暫現源，就需要靈敏度更高、視場更大的新型監視器。

龍蝦的眼睛具有廣闊視野，里面有無數細小微孔，這種結構能使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。袁為民建議模仿龍蝦眼睛研制一種X射線探測儀器，搭載在“天關”衛星上。張永合作為衛星設計師，需將天文學家的夢想變為工程現實，這面臨諸多挑戰。每一場研討會都會帶來新需求，大家總希望衛星能力更強、視場更大、精度更高。為提高精度，張臣帶領團隊制作“仿生龍蝦眼”鏡片，但初期性能不理想，連X射線成像都困難。經過多年攻關，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。在一臺望遠鏡中，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，卻需要“冷熱兩重天”的環境。張永合介紹，技術上用熱管把探測器的溫度導到前面的散熱板上，通過散熱板降低溫度，同時還要給鏡片加熱。面對不斷出現的問題和挑戰，張永合和團隊反復研討，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臺“仿生龍蝦眼”望遠鏡構成，共配置432個鏡片，每個鏡片上分布著上百萬個微小方孔，衛星重量也由最初的380公斤增加到1.1噸。

在設計與制造科學衛星的道路上，張永合不斷探索。如果說“天關”衛星是十年磨一劍，那么中法天文衛星的背后則是近20年的探索與積累。2005年，中法兩國簽署合作協議，中法天文衛星和中法海洋衛星項目啟動。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，那時剛入職兩年的張永合被選中參與其中。該衛星主要用于天文觀測，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。張永合學控制出身，剛接觸項目時，天文現象在他腦子里是模糊概念，很多知識如同天書。為盡快“補課”，他常找天文學家交流討論，在實踐中不斷積累。

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，張永合與團隊解決了一個又一個問題，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并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”，截至目前已探測到超百例伽馬射線暴，其中一例來自130億年前，可能源自宇宙最早期恒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。

“天關”衛星要觀測的客星，即突然變亮或新出現的天體，捕獲它們難度極大。首先，需要視野廣、反應快。宇宙廣闊，客星可能出現在任何方向，衛星要時刻緊盯各個角度，一旦發現某個角落出現X射線爆發信號，就要立刻自主計算并判斷。其次，需要定位準、接力穩。發現目標后，衛星需迅速調整姿態，“盯住”目標進行更精細觀測，就像先用肉眼發現遠處一閃而過的螢火蟲，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，這考驗著整個觀測網絡的協同效率。