在浩瀚宇宙中，金牛星座内有一颗名为“天关”的恒星。北宋时期，一位负责记录天象的官员观测到，这颗恒星附近突然爆发出一颗超新星，其亮度持续了20多天。这一罕见天文现象被如实记录，这颗超新星被命名为“天关客星”。中国科学院微小卫星创新研究院副院长张永合解释道：“‘客星’是指短时间内突然出现又快速消失的天体爆发事件，就像客人突然来访，随后又离开。”天关客星消失后，在其爆发位置形成了至今仍存的超新星遗迹“蟹状星云”。
尽管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与张臣博士找到张永合，希望合作研制一颗卫星，用于观测宇宙中类似天关客星的暂现天体。张永合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，担任“天关”卫星总设计师、中法天文卫星总指挥。双方一拍即合，开启了技术攻关之路。
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，它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。其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，被认为开启了“宇宙X射线探测新视野”。2025年7月，“天关”卫星又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，“天关”科学团队在《科学通报》封面文章中提出，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。
宇宙中隐藏着一些看似沉寂却力量惊人的黑洞，它们能吞噬、撕裂周围恒星，在极端引力作用下辐射出巨大能量。张永合介绍，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的起源与演化。然而，暂现源爆发早期的辐射信号往往富含X射线，X射线能量极高，容易穿透观测设备，不像可见光那样容易捕捉。当时国际上捕捉X射线的望远镜视场通常较小，只能观测确定方向，而宇宙中很多X射线爆发是随机的，要探测这些随机暂现源，就需要灵敏度更高、视场更大的新型监视器。
龙虾的眼睛具有广阔视野，里面有无数细小微孔，这种结构能使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。袁为民建议模仿龙虾眼睛研制一种X射线探测仪器，搭载在“天关”卫星上。张永合作为卫星设计师，需将天文学家的梦想变为工程现实，这面临诸多挑战。每一场研讨会都会带来新需求，大家总希望卫星能力更强、视场更大、精度更高。为提高精度，张臣带领团队制作“仿生龙虾眼”镜片，但初期性能不理想，连X射线成像都困难。经过多年攻关，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，却需要“冷热两重天”的环境。张永合介绍，技术上用热管把探测器的温度导到前面的散热板上，通过散热板降低温度，同时还要给镜片加热。面对不断出现的问题和挑战，张永合和团队反复研讨，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432个镜片，每个镜片上分布着上百万个微小方孔，卫星重量也由最初的380公斤增加到1.1吨。
在设计与制造科学卫星的道路上，张永合不断探索。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，中法两国签署合作协议，中法天文卫星和中法海洋卫星项目启动。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，那时刚入职两年的张永合被选中参与其中。该卫星主要用于天文观测，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。张永合学控制出身，刚接触项目时，天文现象在他脑子里是模糊概念，很多知识如同天书。为尽快“补课”，他常找天文学家交流讨论，在实践中不断积累。
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，张永合与团队解决了一个又一个问题，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”，截至目前已探测到超百例伽马射线暴，其中一例来自130亿年前，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。
“天关”卫星要观测的客星，即突然变亮或新出现的天体，捕获它们难度极大。首先，需要视野广、反应快。宇宙广阔，客星可能出现在任何方向，卫星要时刻紧盯各个角度，一旦发现某个角落出现X射线爆发信号，就要立刻自主计算并判断。其次，需要定位准、接力稳。发现目标后，卫星需迅速调整姿态，“盯住”目标进行更精细观测，就像先用肉眼发现远处一闪而过的萤火虫，然后立刻用高倍望远镜锁定它，不能跟丢。同时，需要实时传输信息和协同观测。卫星发现目标后，必须抢在天体信号消失前，把坐标信息通过北斗短报文等渠道实时传回地面，引导全球其他望远镜一起观测，这考验着整个观测网络的协同效率。
