张永合：让卫星跳“太空华尔兹”，用AI智能造星 | 上海最美科技工作者

每次走进位于张江的中国科学院微小卫星创新研究院，张永合的目光都会在大厅墙面上的蓝色“星图”上停留片刻——20多年前，一群年轻人决定每将一颗卫星送上天，就把它画在图上。现在，这幅图上已满满画上了约350颗星。

在这里深耕23年，从一名工程师到担任副院长，张永合在这里踏出了一条自己的“星途”：碳卫星副总设计师、创新X系列卫星系统总师、“天关”卫星总设计师、中法天文卫星（SVOM）总指挥……每一颗星都充满了敢于创新的魄力、挑战极限的勇气，以及久久为攻的韧劲。

今年，张永合入选上海“最美科技工作者”。当被记者问及“什么是你眼中的最美”，他说：“那是科学家在地球另一端喝咖啡时，就能指挥中国科学卫星转身，看见他想要的那束星光。”

可以按部就班，却更愿意接受挑战

航天领域有一条多年形成的惯例——为确保安全，航天器上采用的新技术一般不超过30%。但对于张永合接手的大多数卫星任务而言，这一惯例并不适用，因为没有突破性创新，任务不可能完成。

2011年，张永合接手碳卫星（全称“全球二氧化碳监测科学实验卫星”）的总体设计任务。传统卫星最怕姿态不稳，但为了实现大气二氧化碳的精准探测，他却让卫星在轨跳起了“华尔兹”：一会斜看海面耀斑，一会竖看大气柱，一会紧盯地面目标。

同行听说方案后甚为担心：“这么折腾，卫星还不翻了？”张永合却说：“我们可以按部就班，但更愿意接受挑战，突破传统。”他带着团队埋首攻关，卫星在2016年成功发射，探测精度优于4ppm（百万分之一），超过原定指标，跻身世界先进水平。随着卫星获取的碳排放监测数据向全球开放，中国在气候谈判中的底气更加充足。

张永合更大的“离经叛道”，是开创了“众筹”卫星的新范式。2021年，担任爱因斯坦探针（后命名“天关”）卫星总师的他发现，卫星将要搭载的载荷“龙虾眼”（宽视场X射线望远镜）技术复杂，却从未上天验证过——如果能提前送个试验模块上天，将大幅降低后续风险。

想法一出，质疑声四起：为一个试验模块，不可能先发射一颗小卫星。恰在那时，他领到了一个任务，为“力箭一号”首飞造一颗搭载试验星。他想，可能不少科学家都有将自己成果送上太空验证的需求，或许可以“众筹”一个太空“航班”。于是，借这一契机，他在中国科学院内征集“同行者”。

最终，一颗重达620公斤的“创新X”首发星诞生了。这颗星破天荒地“凑”进了18家单位的15台（套）载荷。2022年7月升空后，它先后获得了国际首张宽视场X射线聚焦成像天图、我国首幅太阳过渡区图像等大批成果。

如今，“创新X科学航班”计划仍在有条不紊地推进，可提供从50公斤到600公斤不等的“舱位”，载荷征集范围已拓展到全球——随着航天发射与卫星制造成本的持续下降，未来可让科学家像申请大科学装置机时一样申请太空实验舱位。

让“慢科学”与“快制造”同频共振

空间科学是“慢活”，研制一颗卫星往往十年起步；大规模星座却是“快制造”，一年要吞吐几百颗星。张永合要做的，就是在这“一慢一快”之间切换、织网。

“天关”卫星是张永合接手过的任务里“最硬的骨头”：卫星上既要做到3600平方度的大视场拼接、还要与1度精测视场的快速切换；卫星研制过程中光学镜片不能落一点灰尘，防污染控制要求前所未有。

其中，核心载荷“龙虾眼”的镜片、探测器技术壁垒极高，项目初期曾面临国外高昂报价和漫长交付计划。张永合将国家天文台的科学家、卫星工程师和来自北方夜视、长光辰芯的核心器件负责人拉到一张桌上商讨技术细节，与科研人员一起扎进产线磨工艺，硬是把“卡脖子清单”磨成了“自主清单”，最终为实现国内自主制造。

然而，距投产只剩几个月，为了扩大观测天区，科学家提出更改构型，让卫星更靠近白昼侧观测。但按工程规定，此时方案已然“冻结”。为了科学目标的实现，张永合咬牙决定给卫星动“大手术”，推翻原有设计，采用全桁架式光学平台。

最终，“天关”卫星在太空绽放出一朵美丽的“莲花”：12台宽视场望远镜围出超3600度视场，2台窄视场望远镜精准后随。2024年1月升空后，它的表现超预期，不仅捕捉到256亿光年外的伽马暴，更成功捕获到中等质量黑洞撕裂恒星的极端事件，试运行期间就已向全球发送百余篇天文警报。

与“天关”并行的是经历了近20年“长跑”的中法天文卫星。该项目于2005年启动，虽历经三年就完成了首轮卫星方案固化，但长期因与法方的卫星平台合作问题陷入停滞。

张永合（右二）与张晓峰（左二）一起，和SVOM法方合作者合影

2013年项目重启后，张永合带队构建一套复杂、快速而便捷的伽马暴观测系统，后来又担任卫星总指挥，直至将卫星送上天。卫星平台改由中方研制后，项目团队将星载天文望远镜的测量信息引入平台控制，将姿态测量精度提升10倍，卫星姿态更稳了。

2024年6月升空，不到一年就探测到超百例伽马暴事件，最远的一例来自宇宙仅7亿岁的“婴儿时期”。如今，天关与SVOM已通过北斗短报文互联，科学家喝杯咖啡的工夫，卫星已转身完成观测。

长期的合作已让双方团队成员变成一个亲密的科学大家庭，中法之间也已启动了后续数颗天文小卫星的合作论证——一张跨越国界的科学星网正在成型。

拥抱AI，勾勒未来的智能造星体系

在临港，一条智能化柔性产线正以年产超300颗卫星的节奏运转。随着在轨卫星数量不断增加，身为卫星数字化技术重点实验室主任，张永合要用AI让卫星变得更加“聪明自主”，同时让卫星的设计制造更加智能化。

这几年，张永合带领团队创造性地提出了“总装-分系统-关键部件-典型工艺”的多级智能检测模型，并搭建起多智能体故障诊断框架，已在星上自主运维中落地。

在卫星设计上，张永合正带领团队努力将AI变成工程师的助手——设计阶段，用生成式AI优化卫星结构；研制环节，AI嵌入仿真加速、数据判读，“AI不是替代工程师，而是把重复劳动接走，工程师才有精力专注决策”。

在刚刚结束的世界人工智能大会上，张永合展示了人工智能与卫星工程融合发展的蓝图-“鼎星”智能体，在这张蓝图里，未来卫星设计是“具身智能调用各类工具的协同现场”，既要用到人工智能发展的最新成果，又要不脱离航天极致的可靠性与可信性要求。

未来的“星途”还在他的脚下向深空延伸——eXTP下一代旗舰X射线天文台望远镜、空间低频射电天文探测、系外类地行星探测等任务都在技术攻关与研制中；国际合作的“星网”也在持续扩容——阿联酋首颗高光谱卫星Arab813、中法CATCH天文小卫星、中葡“星海”联合实验室，让中国空间科学的朋友圈越来越大。

23年来，从碳卫星的“突破传统”，到天关卫星“莲花”在轨绽放，再到AI在卫星生产线上的运转——张永合的最美工作，是把天文学家的科学设想翻译成工程语言；张永合的最美情怀，是把个人光阴织进国家空间科学的“星网”中。