CAT:100顆衛星，通關宇宙游戲

1609年，伽利略發明了人類歷史上第一臺天文望遠鏡。四百多年后的今天，人類窮盡觀測手段所能看到的仍然只是宇宙的一角。

太空中每時每刻都有無數天體在爆炸、坍縮、變化，其中許多在我們還沒來得及發現時就消失在宇宙里，如同不曾發生過。

如何能讓人類不再和宇宙中奇妙的天文現象失之交臂？在中科院高能物理研究所，有一群人正在試圖破解這個全世界科學家共同面對的難題。

01

磁星爆發那一夜

2020年4月28日，北京，地球上一個再普通不過的早晨。

中科院粒子天體物理重點實驗室主任張雙南從家中醒來，手機時間不到七點，屏幕上有一條未讀消息，來自他的學生林琳。時任北京師范大學天文系講師的林琳給他發來一個提案，想在今天申請用張雙南團隊負責的“慧眼”衛星觀測一顆磁星。

2017年發射升空的“慧眼”是我國第一顆X射線天文衛星。這顆重約2.5噸的衛星能夠從距地面550公里的軌道上接收科學家發來的指令，將望遠鏡對準太空中特定的區域或天體，獲取高質量的觀測數據，然后將數據傳回地面供天文學家分析研究。

和其他同類衛星一樣，“慧眼”每年會向全球科學界征集觀測提案，研究人員的提案在通過評審后被排入“慧眼”的觀測日程，按計劃進行觀測。林琳今年的觀測時間已經用完，但她注意到四月中旬以來這顆磁星正在進入一個新的活躍期。她想再試一次。

張雙南放下手機，起床，洗漱，然后直接趕到自己位于中國科學院高能物理研究所的辦公室。要不要看這顆磁星？他想了一路。

天文衛星的資源是有限的。“慧眼”曾經在林琳的提案下觀測過一次這顆編號為SGRJ1935+2154的磁星。那時它很安靜，換句話說，它“不太配合”。那次觀測沒有取得成果，雖然這對天體物理研究者來說是家常便飯，但“慧眼”的時間很寶貴。

張雙南曾經計算過，綜合衛星的造價成本和運行壽命，“慧眼”觀測一天的成本大約是30萬元人民幣。它在天上的每一秒鐘都需要精打細算，如果插入計劃外的新提案，日程表上原本被安排在這一時間的團隊將不能完成他們的觀測。

“慧眼”衛星。圖片來源：中科院粒子天體物理重點實驗室

張雙南和林琳一起討論，如果運氣足夠好，“慧眼”將能夠觀測到磁星活動的珍貴數據，但是否要為一個已經觀測過且表現平平的天體冒險？張雙南無法下定決心。

留給他考慮的時間不多了。“慧眼”衛星在軌道上繞地球飛行，只有從我們頭頂飛過時才能接收地面中心發送的指令，每次過境之間最長需要等待12小時。這一天，它將在北京時間上午十一點過境。如果需要衛星調整觀測對象，張雙南必須在十點前做出決定，否則只能等待12小時后的下一次過境。

直到九點半，張雙南還在拿著紙筆計算。偶爾他會放下筆，在辦公室里來回踱步。負責執行相關流程的同事不斷催促：“張老師，趕緊下決定，趕緊下決定，衛星就要來了。”

天文觀測有時憑借的是一種近乎賭博的直覺，而張雙南決定賭一把，“看個60萬的”。他最終拍板，觀測兩天，這是他以前從未批準過的機遇觀測時長。

時鐘指向十點，觀測計劃編寫完畢，發往國家空間科學中心；指令產生，確認無誤，發往西安衛星測控中心。十一點整，“慧眼”衛星過境，成功接收指令。距地球550公里的太空，它慢慢轉動身體，再一次對準磁星SGRJ1935+2154。

11個小時后，北京時間22點34分，格林威治時間14點34分，磁星爆發了。

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02

它被慧眼“逮住了”

磁星是一種具有極強磁場的中子星，在活躍期出現劇烈的X射線爆發并不罕見。

真正巧合的是，在這顆磁星爆發約8.6秒后，地面上位于加拿大和美國的兩個射電望遠鏡同時觀測到一個亮度極高的快速射電暴FRB200428。

快速射電暴是迄今最為神秘的天文現象之一，它是一道在宇宙中隨機出現又瞬間消失的射電信號，且極為明亮。它僅僅出現幾毫秒，比蜜蜂扇動一次翅膀的時間還短，釋放的能量卻相當于地球上幾百億年發電量的總和。

“慧眼”衛星證認快速射電暴來自于磁星。圖片來源：中科院粒子天體物理重點實驗室

但自2007年被首次發現以來，始終沒人知道它為什么會出現。科學界存在幾種不同的猜測，有人認為它可能產生于黑洞吞噬恒星，或兩顆并合的中子星。理論上，磁星也是它可能的起源之一，但還沒有任何觀測能夠證實這一點。因此，甚至有人將它解釋為外星人發射的信號。

4月28日晚，在這束快速射電暴被地面望遠鏡捕捉到的幾小時后，高能所副研究員李承奎從微信群里看到了這條消息。在天文快報網站提供的信息中，它被發現的方位和時間都和“慧眼”正在觀測的那顆磁星高度一致。

凌晨兩點，“慧眼”團隊有成員把這條快報發到微信群里。大家很快明白了這條消息意味著什么：這顆磁星的爆發很有可能就是這個快速射電暴出現的原因，而“慧眼”這次臨時調整的觀測，很可能讓他們成為地球上最早有望解開快速射電暴起源之謎的團隊之一。

但李承奎沒有激動得太早。2017年，人類首次探測到雙中子星并合產生的引力波時，“慧眼”也成功監測到了引力波所在的天區，但最終沒能看到引力波電磁對應體的信號。而快速射電暴對應的多波段信號在此之前從未被任何國家、任何機構成功捕捉過。在數據下傳的幾個小時內，李承奎幾乎不抱什么期望地等待著。

第二天清晨六點，數據下傳完成，李承奎一起床就直奔“慧眼”衛星控制室。他打開快視軟件，發現數據里出現了一個明顯的異常信號，顯示“慧眼”曾被一個持續1秒鐘的超亮X射線暴“晃了眼”，導致數據出現飽和；此時距離那束快速射電暴出現約間隔8.6秒，正好符合星際物質對射電信號的延遲時長。

結論很明顯：4月28日出現的快速射電暴和這顆磁星脫不了干系，而“慧眼”恰好將指向對準了磁星——它被慧眼“逮住了”。

詳細處理后的數據證實了這一點。在被修復的光變曲線上，磁星爆發的X射線所形成的兩道尖峰和快速射電暴的兩個峰高度吻合。

“慧眼”團隊沸騰了，微信群里的消息一條接一條地彈出來。李承奎記得，這群平時打字“幾乎不帶標點，頂多帶個逗號”的科學家，那天發的每一句話結尾都是感嘆號。作為“慧眼”衛星項目的首席科學家，張雙南那幾天連發了幾條朋友圈。

和其他X射線衛星相比，“慧眼”在這次觀測中提供了最為精細準確的時變和能譜信息，以比射電望遠鏡高得多的定位精度直接確定了這次爆發來自于這顆磁星，最終與國際上其它望遠鏡一起破解了它的起源之謎。這一發現后來被英國《自然》雜志和美國《科學》雜志同時評為2020年世界十大科學發現之一。

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中科院粒子天體物理重點實驗室控制室

這次重大發現從決定觀測到捕捉爆發只花了不到24小時，但張雙南沒有忘記自己那天早晨的糾結。沒有人能提前預測快速射電暴會在哪里出現，哪一顆磁星又會在何時爆發。如果當天林琳沒有申請觀測這顆磁星，如果張雙南多猶豫了一會兒，我們很可能就會與快速射電暴的謎底擦肩而過。

磁星被逮住了，但未來還有無數個這樣的決定等著張雙南和其他科學家來做。宇宙中變化著的天體無窮無盡，而觀測衛星的鏡頭一次只能瞄準其中一個。決定觀測哪一個天體就像買彩票，沒有人能保證自己下一次還有同樣的運氣。在現有的技術條件下，人類多數時候都注定與許多重要的天文現象失之交臂。

張雙南并不甘心。一顆衛星不夠，那么一百顆呢？早在“慧眼”捕捉到磁星爆發的一年前，他就問過自己這個問題。如果一顆衛星只能同時觀測一個天體，那么一百顆衛星就能同時看到一百個天體，它們還可以通過排列組合的方式擁有多變且更大的視場，搜尋到一些特殊天體的電磁波信號。

張雙南的腦海里醞釀著一個大膽的科學計劃：如果用大量衛星排列成星座，全天候、多目標地監測變化著的天體，也許有一天，人類將有可能不再錯失宇宙。

03

鴻溝

“錯失宇宙”意味著什么，除了天文學家之外也許很少有人理解。

天文觀測宛如大海撈針。1916年，愛因斯坦基于廣義相對論預言了引力波的存在，但直到一百年后，經過全世界成千上萬名科學家的努力，人類才終于探測到了它。

2016年，當LIGO和Virgo科學合作組織召開人類首次探測到引力波信號的新聞發布會時，高能所研究員陶煉正在加州理工學院天文系做博士后。加州理工學院是引力波探測的主要參與單位之一。發布會開始前，她和同事們圍在天文系樓后面的小廣場上緊張地等著結果。當屏幕上的科學家說出“WehavedetectedGravitationalWave”時，人群里的尖叫聲震耳欲聾，陶煉和他們一起歡呼。

第一例引力波事件的發現大大加快了人類探測引力波的步伐，天文探索也被帶入了新的紀元。三年后，已經回國入職高能所的陶煉發現，全球巡天望遠鏡的能力正在大幅提高，能看到的天體的數量將大大增加。根據科學家的估計，到2030年，每年發現的雙中子星并合產生的引力波事件將超過一萬例。

如果把望遠鏡探測天體看作人類尋找另一半，那么巡天望遠鏡看到一個天體就像在相親前看到了對方的照片，但如果想更進一步了解對方的特點，還需要后續的觀察。對天體進行后續的持續觀察在天文上叫做“后隨”，和負責發現天體的巡天望遠鏡不同，后隨望遠鏡能夠緊盯一個天體不放，長期研究它的特性。

陶煉很快注意到，我們可以看到的天體變多了，但能對天體進行后續觀測的后隨X射線望遠鏡的數量卻沒有跟上，全球加起來最多只有十個。巡天能力和后隨能力之間已經出現了一道鴻溝，有限的幾顆衛星應該看誰，什么時候看，正在成為困擾天文學家們的新難題。

這也是張雙南一直在思考的問題。2019年春節前的一天，張雙南、陶煉和中科院粒子天體物理中心副主任熊少林在辦公室聊起這件事。三個人都很清楚，填平鴻溝迫在眉睫，而解決問題的辦法只有一個——多發衛星。

04

CATCHitifyoucan

多發衛星的難處在于技術和成本。在我國，一顆大型X射線天文衛星的造價成本在十億人民幣量級，如果發射多顆大型衛星，資金規模會高達上百億乃至上千億。

孫宇晨買入逾100萬枚UST，并表示“可能有秘密計劃”:5月8日消息，孫宇晨在推特上表示正在購買UST，并回復Terra創始人Do Kwon稱：“可能有秘密計劃”。

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那時伊隆·馬斯克的星鏈計劃正火，他計劃通過發射成百上千顆通信衛星組成星鏈，向地球傳輸信號，為不同國家提供高速互聯網服務。2018年2月，星鏈已經成功發射了兩顆試驗星。

和天文衛星不同，星鏈采用的是成本低得多的小型衛星。近十年來，小型衛星的造價和發射成本持續降低，張雙南預感到用小型衛星做天文正在成為一種趨勢。能不能嘗試通過發射多顆小型衛星來解決大衛星數量不足的問題？他提出這個設想。

小型衛星雖然成本更低，它所需要的輕量化X射線聚焦望遠鏡的研發難度卻更高。星鏈只需要向內朝地球傳輸信號，天文衛星卻需要向外，將望遠鏡對準遙遠的未知天體，對鏡片的精度要求極高。目前X射線天文觀測所使用的絕大多數望遠鏡都是按照大型衛星的要求來研制的，小型衛星的尺寸和重量要求鏡頭更小、更輕，同時具備極高的精度，因而研發難度也會大幅增加。

2010年，在時任國家天文臺臺長嚴俊的支持下，張雙南在國家天文臺建立了“X射線成像實驗室”，從清華引進了他曾經的學生張臣、凌志興等年輕的科學家，目標只有一個：研制輕量化聚焦鏡。經過幾年的技術迭代，他們和北方夜視合作研發的輕量化聚焦鏡剛剛投入了應用，計劃于2023年底前發射的X射線天文衛星“愛因斯坦探針”就將使用這項技術。

科學上，發射多顆小型衛星是可行的；成本上，一百顆小型衛星和一顆大型衛星相比仍然是劃算的；技術上，輕量化聚焦鏡的技術難點并不是完全無法突破。

在高能所多學科樓三樓的一間小辦公室里，一個尚未有任何國家、任何團隊設想過的星座觀測方案的雛形誕生了。他們給這個大膽的計劃起了一個生動的名字：全變源追蹤獵人星座計劃，簡稱CATCH。

和這個英文單詞的意思一樣，CATCH計劃發射130顆左右的小型衛星，依靠輕量化X射線聚焦鏡，每一顆都能對特定天區的重要天體進行“捕捉”，也就是追蹤觀測。同時，如果發現了引力波這樣的重要目標，多顆小型衛星還會一起對它進行聯合觀測。

CATCH觀測示意圖

當陶煉作為CATCH的首席科學家第一次在高能所內部的戰略研討會上拿出一塊輕量化聚焦鏡片，向同事們介紹CATCH項目時，會議室里所有人都瞪大了眼睛。

高能所助理研究員、后來成為CATCH計劃調度負責人的尹倩青的第一反應是：“怎么會這么小？”在他的腦海里，X射線聚焦鏡常常和一些大中型衛星聯系在一起，長度可達幾十厘米。但CATCH計劃發射的小型衛星本身就只有微波爐大小，而陶煉手上的鏡片只有幾厘米大，看起來就像一塊薄片餅干。

超薄、超小的鏡片，也讓同事們對它的性能產生了懷疑。這么小的鏡片組成的鏡頭到底能不能滿足觀測的精度要求？受限于研究經費，當時處于起步階段的CATCH項目只在地面的實驗環境下對鏡片進行了測試，還沒有發射上天進行過在軌驗證，而通過地面測試并不意味著鏡片能在復雜的真實觀測環境中同樣滿足精度要求。

CATCH計劃的大部分衛星采用的鏡頭由窄視場微孔鏡片組成，鏡片有許多微小的孔，加工難度極高。同時，為了保證小巧的鏡頭能夠將觀測對象拍攝得更清楚，衛星平臺還需要搭載一個伸展系統，用伸展桿來增加鏡頭和探測器之間的距離。宇宙的環境極其復雜，即使只是被太陽光照射，溫度的變化也可能讓伸展桿出現偏移，進而影響鏡頭聚光的位置。

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鏡頭和伸展系統是CATCH的兩大難點。為了在技術上攻關，同時在科學上進行深化論證，CATCH團隊匯集了十幾所高校、科研院所和企業的上百位專家。按照分工，工程團隊成員每周開一次例會，還會針對聚焦鏡、伸展桿的研發情況不定期組織討論。

CATCH實驗星載荷啟動會合影。圖片來源：受訪者

首席科學家陶煉每天早上七點就會來到高能所，下班回家也會隨身帶著電腦，時刻準備工作。科研和項目進度的壓力每天都伴隨著她，有時半夜醒來，睜開眼睛的第一件事就是躺在床上繼續思考CATCH的難點該怎么解決。

經過幾年的研發和技術迭代，目前，CATCH使用的窄視場聚焦鏡取得了突破性進展，它的觀測有效面積能夠達到40平方厘米，比國外團隊按照同樣原理制造的鏡頭高出30%-50%。

CATCH合作單位國家天文臺和北方夜視研制的、具有類似工藝的寬視場鏡頭已經成功上天測試，在國際上首次通過X射線光學鏡頭拍攝出340平方度的大視場圖像，涵蓋范圍相當于一千多個滿月。

CATCH同樣顛覆了國外科學家對X射線天文衛星的想象。今年7月下旬，國際空間科學大會在雅典召開，陶煉通過遠程錄屏的方式介紹了CATCH。尹倩青的師弟李漢成在雅典的會議現場，他在微信上告訴尹倩青，聽到這個計劃時，“老外都驚呆了”。

9月，在捷克舉行的“小型衛星監測高能天區”研討會上，通常只會用“interesting”來表示客氣評價的美國科學家將尹倩青關于CATCH的報告形容為“greattalk”。一位此前和高能所合作過的德國天文學家直接表示自己幾個月后會來中國了解情況，還主動幫助CATCH在歐洲進行宣傳，推動CATCH在技術和科學上與歐洲的合作。

張雙南曾在一次學術交流后和美國科學院院士、時域天文學領軍人物庫爾卡尼聊起CATCH計劃。庫爾卡尼的第一反應是這絕不可能實現。張雙南向他解釋了團隊正在研制的輕量化聚焦鏡技術后，這位美國科學院院士沉默了片刻，告訴他：“如果真能做出來，gamechanger。”

05

衛星小隊

CATCH對游戲規則的改變并不只是因為在聚焦鏡等技術上取得了突破。真正重要的是，它嘗試的是一種前所未有的觀測方式：決定觀測哪個天體的不再是科學家。

在過去幾十年里，一顆衛星上天后需要由科學家們輪流值班，時刻關注衛星的動態，根據天體變化為衛星選擇合適的觀測對象。以“慧眼”為例，僅監測和管理運行這一顆衛星就需要二三十人的地面團隊。

在張雙南和陶煉的設想里，由上百顆衛星組成的CATCH不能也不應該再依賴人力進行決策。一顆衛星應該自行判斷自己應該看誰，看多久，怎么看。當看到引力波事件等重要天文現象時，它還需要叫來CATCH的其他衛星，組團一起觀測，全方位、無死角地“活捉”天體。

例如，引力波的定位區域通常呈不規則的狹長條形，和目前所有望遠鏡的視場都不匹配。雖然單顆CATCH衛星的視場也不匹配，但它會給星座中的其他衛星發送消息，讓它們停下手頭的觀測任務，和它一起排列成與引力波定位區域匹配的視場，對引力波的電磁輻射進行定點圍獵。

CATCH星座組合視場示意圖。圖片來源：受訪者

動態 | 一款勒索軟件病已成功滲透到美國和國際上100多家政府和私營企業:據coindesk消息，騰訊最近發布的一份安全報告顯示，中國發現了一種勒索軟件病，該病已成功滲透到美國和國際上100多家政府和私營企業。根據美國聯邦調查局(FBI)的數據，這些惡意代碼被稱為“琉球”(Ryuk)，目標是“物流公司、科技公司和小城市”，數據價值很高，要求用比特幣支付高達500萬美元的賞金。[2019/7/19]

根據不同天體的特點，CATCH星座還有多種組合方式和不同的星座功能。具體選用哪一種、叫哪些衛星來參與觀測，都需要一套“星座控制”技術，幫助衛星完成決策。

在“慧眼”衛星等重大項目中，作為首席科學家的張雙南的主要工作之一就是替衛星進行決策。但即便是他也至多只能同時控制兩顆衛星，計算它們的配合方式。一旦超過三顆，計算的復雜程度會遠超人力所及，“不睡覺也沒辦法做到”。

一百顆衛星數量太多，排列組合的方式更多，需要的算力不是一顆衛星的人力乘以一百就能實現的。但如果人類的大腦不能控制一百顆衛星組成的星座，還有誰能？

答案是人工智能。上百顆衛星的星座控制只能依靠人工智能算法來實現，通過在相應的模型中對衛星進行訓練，它們將能夠像人類一樣進行判斷，為自己選擇最優的觀測方式。

但算法具體要怎么用到衛星上？沒有人知道。星座控制是整個CATCH計劃最具創新性的技術點，而創新的意思是，以前從沒有人嘗試過。張雙南在不同場合面向科學界呼吁過多次，還專門發過一條朋友圈，希望找到相關的科研團隊加入。

不久后，空間中心加入了CATCH團隊。空間中心曾研究過如何將AI算法應用到衛星星座控制中，但要想讓100多顆衛星都擁有智能的決策能力，訓練模型要求的訓練量極大，算法也極復雜。

科研機構的運算平臺相對有限，研究員手頭只能開展較小規模星座的決策模型訓練，難以支持一百顆衛星的星座控制所需要的訓練量。

星座控制所需要的訓練規模成為CATCH的第三大難關。在聚焦鏡與伸展桿的研發穩步推進時，AI技術問題卻始終無法解決。陶煉和張雙南仍在四處聯系科研團隊，但收效甚微。原定的進度節點一天天逼近，CATCH的宏偉計劃剛剛抬起腳，就卡在了一塊硬石頭上。

06

通關宇宙游戲

2021年中旬，一個偶然的機會，在騰訊工作的鮑雨和高中同學聊起彼此最近的工作。他的同學正在高能所讀博，導師是張雙南。他向鮑雨提到自己所在的CATCH項目組正在進行一項前沿的太空探索計劃，但AI算法的技術問題一直沒有找到合適的解決辦法。

也是在那時，騰訊正在推動“游戲科技”系列計劃落地，希望將游戲技術運用到游戲之外的產業中，且已經在文化、工業等多個領域內進行了嘗試。有沒有可能將游戲里的AI技術用到衛星上？鮑雨想到這種可能性。

2021年10月底，在鮑雨的聯系下，騰訊互娛研發效能部游戲AI技術總監殷俊帶著團隊從深圳飛往北京，見到了CATCH團隊的成員們。聽完陶煉的介紹后，殷俊意識到衛星星座對天體的追捕本質上依賴的是“復雜決策”能力。這是AI算法中的重要概念，也是騰訊游戲AI算法的核心技術之一。這套技術的全稱是“多智能體強化學習方法”，已經在騰訊旗下多款熱門游戲中得到了應用。

如果玩過5v5或多人實時對戰游戲，那么你很可能遇到過玩到一半隊友卻掉線了的情況。玩家掉線、系統托管后，就是AI技術登場的時刻。AI將重新控制掉線玩家的角色，帶領他們和剩下的隊友配合，繼續擊殺敵人。

為了保證其他真人玩家的游戲體驗，AI托管的角色不僅要完成前進、擊殺等基本動作，還需要根據隊友的行動調整自己的策略，例如改變前進路線，在隊友需要幫助的時候趕去支援等。

如果同一隊伍中有多個玩家掉線，那么多個AI之間也需要相互配合，傳遞信息。一個AI可能會通過算法告訴它的AI隊友自己正在中路殺敵，而對方最好先去支援無人殺敵的下路。

現在，讓我們把召喚師峽谷替換成宇宙，你會發現CATCH星座中的每一顆衛星都變成了宇宙這款游戲中的玩家。廣袤的太空地圖里充滿未知關卡和隨機事件，其中隱藏著各種各樣的寶藏。追尋天體的小衛星如同在地圖上探險，衛星之間的協作則是在組隊尋找寶藏。

騰訊游戲與CATCH合作系統示意圖

如同游戲里接管角色后的AI們能夠傳遞消息、配合進攻一樣，小衛星們也能在AI算法的幫助下互相配合挖寶。假如一顆衛星發現了一只自己搬不動的大寶箱，它會叫上其他衛星組成一支能力更強的隊伍，共同挖寶通關。

和科研機構不同，騰訊游戲的AI技術已經在大量的游戲場景中積累了海量數據和實打實的項目經驗，工業生產的特性也促使他們建立了完備的系統平臺。陶煉和殷俊當場敲定了合作意向。

2022年6月27日，騰訊游戲正式宣布將以AI技術助力CATCH項目。以騰訊的AI訓練平臺為基礎，結合高能所的天文觀測需求和空間中心的衛星星座智能決策算法，星座控制技術找到了突破口。

07

當游戲遇上科學

第一次聽到“多智能體強化學習方法”這個名詞時，陶煉和高能所其他天文學家盯著這十個字看了很久：“明明每個字都是漢字，為什么組合在一起卻看不懂？”

騰訊游戲的工程師們也有同樣的困惑，對他們來說，天體物理是從未涉足過的領域，在讓人工智能理解衛星之前，首先得讓人理解衛星。

確定合作后，騰訊團隊開始每兩周和高能所、空間中心開一次進度會。除了完成會上討論的任務外，騰訊的工程師們還會自己找相關的文獻來閱讀，研究表示天文衛星狀態的特殊符號，學習設計衛星之間的通信短報文。

空間中心的研發人員有時會擔當高能所和騰訊游戲之間的“翻譯”，幫助雙方理解彼此提到的陌生概念。在短暫的磨合后，高能所、空間中心和騰訊游戲很快成為了CATCH星座控制的“鐵三角”團隊。

CATCH團隊與騰訊游戲、空間中心進行線上討論會。

另一些問題卻不是只靠磨合和溝通就能解決的。在游戲里，AI之間彼此交換信息的成本很低，只需要進行數據的互換就可以瞬間知道彼此正在做什么。但衛星之間的信息傳遞卻需要依靠地面中心，每傳遞一次消息都需要等待數小時，在衛星從控制中心頭頂過境時完成。有時，當衛星接到觀測指令時，需要觀測的天文現象已經在這數小時里消逝了。

CATCH想到的解決辦法是利用我國北斗系統做衛星交流的快速中介，如果衛星A直接將信息發給北斗，再由北斗發給衛星B、衛星C，那么數小時的時延將被降低到分鐘級。為了配合這個構想，騰訊游戲正在重新設計相應的通信算法。

更大的問題在于場景的改變，把召喚師峽谷換成宇宙并沒有聽起來這么容易。

在CATCH的衛星們搭載這套算法上天之前，騰訊的工程師們需要先讓它們在一個模擬的宇宙里進行足夠多的闖關訓練。空間中心搭建了一個爆發源模擬器作為虛擬宇宙，并在其中設置了一個衛星仿真器作為虛擬的衛星闖關游戲。工程師們把衛星們放在這個虛擬宇宙里不斷通關，根據它們的表現加分或減分，教導衛星學習出最優的觀測策略。

和CATCH團隊達成合作協議時，殷俊和騰訊的工程師們都很興奮。星座控制對所有技術出身的工程師來說都“太誘人了”，這是行業中從未有人進行過的嘗試。騰訊游戲團隊已經搭建好訓練所需的公有云平臺，下個月，他們將和空間中心一起開始算法聯調，正式開始對AI進行訓練。

但殷俊清楚，真正的問題在于從仿真到真實的差異：“在虛擬環境下能做到100分的算法，真實環境里可能就只有70分”。爆發源模擬器不可能百分之百地準確模擬宇宙，人類永遠無法精準地預測和模擬宇宙中未來將發生什么。

但這就是CATCH誕生的原因，也是CATCH最迷人之處——它的眼睛不只望向我們已知的天體，它要捕捉的是未知本身。人類的大腦無法窮盡宇宙，但凝結了人類智慧的人工智能卻能幫助衛星接近群星。即使衛星沒有生命，它延續了人類探索未知的熱情和勇氣，正是這一點讓人類在浩瀚的太空中仍不顯得渺小。

殷俊想，等到衛星搭乘自己團隊生產出的AI上天、在衛星環境中產出實際效益的那天，那就是“祖墳冒青煙，太值了”。工程師們和科學家一樣清楚人類永遠無法模擬宇宙，但他們同樣明白，人類也永遠不會停下接近宇宙的腳步。

08

地球上最浪漫的事

如果問天文學家在探索宇宙的過程中最痛苦的是什么，答案大多是：宇宙太不確定了。

那么最快樂的是什么？答案同樣是：宇宙太不確定了。

十幾年前，還在清華讀博的陶煉曾經和同學一起爬上學校的天文臺等一顆彗星。他們在望遠鏡旁從四點一直坐到天亮，彗星始終沒有出現。

后來她去過許多天文臺，在實驗室里看過哈勃空間望遠鏡傳回的第一手圖像。天文望遠鏡里的天空“漂亮得不得了”，無數天體閃閃發光，星云的結構清晰可見，天穹絢爛奪目。

更多時候她沒有等來期待的觀測結果，就像二十多歲時沒能等來那顆彗星一樣。對天文學家來說這再正常不過，而天文的魅力就在于“你不得不接受自己看不到想看的東西，又得經常看到你不知道的東西”。就像“慧眼”看到磁星SGRJ1935+2154的那個瞬間一樣，光芒晃過眼睛，那一秒帶來的是一種在這顆星球上獨一無二的狂喜。

在剛剛召開的2022騰訊青少年科學小會上，張雙南也給小朋友們分享了“慧眼”捉住磁星的故事，還介紹了“慧眼”在黑洞研究中的貢獻。在一般人的想象里，黑洞會把出現在周圍的所有東西“吃進去”，但“慧眼”發現，在離黑洞非常近的地方竟然有物質以接近光速的速度在向外跑，就像黑洞吃得太飽而打嗝一樣。

這是有關黑洞的全新發現。對張雙南來說，天文學家的浪漫就在于能有機會成為地球上第一個發現宇宙中某一奧秘的人。這是地球上最浪漫和最美的事，金錢和物質永遠無法與之相比。

張雙南在2022騰訊青少年科學小會上介紹“慧眼”衛星與CATCH項目。

這是宇宙的不確定性賜給人類的美。科學的重大發現總是或多或少帶有偶然和機遇，高能所所長、中科院院士王貽芳曾經在采訪中舉過日本物理學家小柴昌俊的例子。小柴在退休前敦促學生給探測器換水，換完水一周后，超新星1987A爆發，他的實驗因為最純的水捕捉到了超新星中微子，獲得了諾貝爾獎。

但在王貽芳看來，小柴的運氣不在于趕上了超新星爆發，而在于沒有因為換水錯過超新星爆發。CATCH的算法雖然無法窮盡偶然性，但卻能幫助科學家避免偶然造成的遺憾，通過全天候、全天區的不間斷監測，我們錯過的天文事件將大大減少。

CATCH計劃和騰訊AI算法的應用無疑是宇宙探索最前沿的嘗試。但技術越先進，騰訊的工程師和高能所的科學家們就越清楚地意識到宇宙的復雜性。CATCH的意圖并不是要展現人類對宇宙全方位的捕捉和掌控，這個英文單詞的另一個含義是“領會”——即使知道科學和技術的邊界，人類仍然在用有限的生命去最大程度地領會宇宙、理解宇宙，擁抱宇宙中所有的變與不變。

宇宙探索的道路是漫長的，“慧眼”衛星的概念設想在1993年提出，直到2011年才被正式批復立項，于2017年發射升空，前后經歷了二十四年、三代科學家。一個天文項目的研發周期可以長達三十年甚至五十年，有的科學家也許奮斗一生都沒有機會看到自己的成果落地。

“你鋪下了這塊石頭，但很大概率你不可能是最后到達河對岸的那個人。這太正常，可能人類都不一定能到達河對岸，”陶煉說，“就算到了河對岸又怎么樣呢？你就找吧，追尋的過程是最漂亮的。”

CATCH就是她鋪下的第一塊石頭。這個于2019年提出的概念計劃將在2023年發射第一顆試驗星，計劃在2023-2030年之間發射10顆衛星組成“宇宙獵手”驗證星座，2030年后完成百顆衛星的全面部署。

雖然已經在空間天文領域工作多年，但陶煉還沒有親眼看到過衛星上天。2017年，“慧眼”衛星發射時她還沒有回國。2020年，高能所的“懷柔一號”衛星發射時，她因故錯過了。尹倩青后來給她看了“懷柔一號”衛星發射時的現場照片。

火箭升空。圖片來源：受訪者

倒計時結束后，巨大的火箭在轟鳴聲中筆直穿入天空，很快隱入厚重的云層。灰黑色的尾煙久久不散，像一道石柱和天穹相連。尹倩青站在西昌衛星發射中心的觀看臺上，距離火箭發射架只有幾公里。他和幾百個科學家一起激動地大喊，看著火箭在云層背后發出耀眼的亮光。他從未覺得自己腳下的黃土和頭頂的宇宙如此接近。

再過一年，陶煉也將看到搭載著CATCH試驗星的火箭升空，她會親眼看著它升入云霄。沒有人知道CATCH最終將捕捉到什么，在未來的許多年里它又會給我們帶來什么。但就像詩人馮至在一百年前所寫的那樣：“我們準備著深深地領受/那些意想不到的奇跡/在漫長的歲月里忽然有/彗星的出現，狂風乍起。”

她等到了自己的彗星。

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