TCH:100颗卫星，通关宇宙游戏_人工智能TCH币

1609年，伽利略发明了人类历史上第一台天文望远镜。四百多年后的今天，人类穷尽观测手段所能看到的仍然只是宇宙的一角。

太空中每时每刻都有无数天体在爆炸、坍缩、变化，其中许多在我们还没来得及发现时就消失在宇宙里，如同不曾发生过。

如何能让人类不再和宇宙中奇妙的天文现象失之交臂？在中科院高能物理研究所，有一群人正在试图破解这个全世界科学家共同面对的难题。

01

磁星爆发那一夜

2020年4月28日，北京，地球上一个再普通不过的早晨。

中科院粒子天体物理重点实验室主任张双南从家中醒来，手机时间不到七点，屏幕上有一条未读消息，来自他的学生林琳。时任北京师范大学天文系讲师的林琳给他发来一个提案，想在今天申请用张双南团队负责的“慧眼”卫星观测一颗磁星。

2017年发射升空的“慧眼”是我国第一颗X射线天文卫星。这颗重约2.5吨的卫星能够从距地面550公里的轨道上接收科学家发来的指令，将望远镜对准太空中特定的区域或天体，获取高质量的观测数据，然后将数据传回地面供天文学家分析研究。

和其他同类卫星一样，“慧眼”每年会向全球科学界征集观测提案，研究人员的提案在通过评审后被排入“慧眼”的观测日程，按计划进行观测。林琳今年的观测时间已经用完，但她注意到四月中旬以来这颗磁星正在进入一个新的活跃期。她想再试一次。

张双南放下手机，起床，洗漱，然后直接赶到自己位于中国科学院高能物理研究所的办公室。要不要看这颗磁星？他想了一路。

天文卫星的资源是有限的。“慧眼”曾经在林琳的提案下观测过一次这颗编号为SGRJ1935+2154的磁星。那时它很安静，换句话说，它“不太配合”。那次观测没有取得成果，虽然这对天体物理研究者来说是家常便饭，但“慧眼”的时间很宝贵。

张双南曾经计算过，综合卫星的造价成本和运行寿命，“慧眼”观测一天的成本大约是30万元人民币。它在天上的每一秒钟都需要精打细算，如果插入计划外的新提案，日程表上原本被安排在这一时间的团队将不能完成他们的观测。

“慧眼”卫星。图片来源：中科院粒子天体物理重点实验室

张双南和林琳一起讨论，如果运气足够好，“慧眼”将能够观测到磁星活动的珍贵数据，但是否要为一个已经观测过且表现平平的天体冒险？张双南无法下定决心。

留给他考虑的时间不多了。“慧眼”卫星在轨道上绕地球飞行，只有从我们头顶飞过时才能接收地面中心发送的指令，每次过境之间最长需要等待12小时。这一天，它将在北京时间上午十一点过境。如果需要卫星调整观测对象，张双南必须在十点前做出决定，否则只能等待12小时后的下一次过境。

直到九点半，张双南还在拿着纸笔计算。偶尔他会放下笔，在办公室里来回踱步。负责执行相关流程的同事不断催促：“张老师，赶紧下决定，赶紧下决定，卫星就要来了。”

天文观测有时凭借的是一种近乎的直觉，而张双南决定一把，“看个60万的”。他最终拍板，观测两天，这是他以前从未批准过的机遇观测时长。

时钟指向十点，观测计划编写完毕，发往国家空间科学中心；指令产生，确认无误，发往西安卫星测控中心。十一点整，“慧眼”卫星过境，成功接收指令。距地球550公里的太空，它慢慢转动身体，再一次对准磁星SGRJ1935+2154。

11个小时后，北京时间22点34分，格林威治时间14点34分，磁星爆发了。

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02

它被慧眼“逮住了”

磁星是一种具有极强磁场的中子星，在活跃期出现剧烈的X射线爆发并不罕见。

真正巧合的是，在这颗磁星爆发约8.6秒后，地面上位于加拿大和美国的两个射电望远镜同时观测到一个亮度极高的快速射电暴FRB200428。

快速射电暴是迄今最为神秘的天文现象之一，它是一道在宇宙中随机出现又瞬间消失的射电信号，且极为明亮。它仅仅出现几毫秒，比蜜蜂扇动一次翅膀的时间还短，释放的能量却相当于地球上几百亿年发电量的总和。

“慧眼”卫星证认快速射电暴来自于磁星。图片来源：中科院粒子天体物理重点实验室

但自2007年被首次发现以来，始终没人知道它为什么会出现。科学界存在几种不同的猜测，有人认为它可能产生于黑洞吞噬恒星，或两颗并合的中子星。理论上，磁星也是它可能的起源之一，但还没有任何观测能够证实这一点。因此，甚至有人将它解释为外星人发射的信号。

4月28日晚，在这束快速射电暴被地面望远镜捕捉到的几小时后，高能所副研究员李承奎从微信群里看到了这条消息。在天文快报网站提供的信息中，它被发现的方位和时间都和“慧眼”正在观测的那颗磁星高度一致。

凌晨两点，“慧眼”团队有成员把这条快报发到微信群里。大家很快明白了这条消息意味着什么：这颗磁星的爆发很有可能就是这个快速射电暴出现的原因，而“慧眼”这次临时调整的观测，很可能让他们成为地球上最早有望解开快速射电暴起源之谜的团队之一。

但李承奎没有激动得太早。2017年，人类首次探测到双中子星并合产生的引力波时，“慧眼”也成功监测到了引力波所在的天区，但最终没能看到引力波电磁对应体的信号。而快速射电暴对应的多波段信号在此之前从未被任何国家、任何机构成功捕捉过。在数据下传的几个小时内，李承奎几乎不抱什么期望地等待着。

第二天清晨六点，数据下传完成，李承奎一起床就直奔“慧眼”卫星控制室。他打开快视软件，发现数据里出现了一个明显的异常信号，显示“慧眼”曾被一个持续1秒钟的超亮X射线暴“晃了眼”，导致数据出现饱和；此时距离那束快速射电暴出现约间隔8.6秒，正好符合星际物质对射电信号的延迟时长。

结论很明显：4月28日出现的快速射电暴和这颗磁星脱不了干系，而“慧眼”恰好将指向对准了磁星——它被慧眼“逮住了”。

详细处理后的数据证实了这一点。在被修复的光变曲线上，磁星爆发的X射线所形成的两道尖峰和快速射电暴的两个峰高度吻合。

“慧眼”团队沸腾了，微信群里的消息一条接一条地弹出来。李承奎记得，这群平时打字“几乎不带标点，顶多带个逗号”的科学家，那天发的每一句话结尾都是感叹号。作为“慧眼”卫星项目的首席科学家，张双南那几天连发了几条朋友圈。

和其他X射线卫星相比，“慧眼”在这次观测中提供了最为精细准确的时变和能谱信息，以比射电望远镜高得多的定位精度直接确定了这次爆发来自于这颗磁星，最终与国际上其它望远镜一起破解了它的起源之谜。这一发现后来被英国《自然》杂志和美国《科学》杂志同时评为2020年世界十大科学发现之一。

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中科院粒子天体物理重点实验室控制室

这次重大发现从决定观测到捕捉爆发只花了不到24小时，但张双南没有忘记自己那天早晨的纠结。没有人能提前预测快速射电暴会在哪里出现，哪一颗磁星又会在何时爆发。如果当天林琳没有申请观测这颗磁星，如果张双南多犹豫了一会儿，我们很可能就会与快速射电暴的谜底擦肩而过。

磁星被逮住了，但未来还有无数个这样的决定等着张双南和其他科学家来做。宇宙中变化着的天体无穷无尽，而观测卫星的镜头一次只能瞄准其中一个。决定观测哪一个天体就像买彩票，没有人能保证自己下一次还有同样的运气。在现有的技术条件下，人类多数时候都注定与许多重要的天文现象失之交臂。

张双南并不甘心。一颗卫星不够，那么一百颗呢？早在“慧眼”捕捉到磁星爆发的一年前，他就问过自己这个问题。如果一颗卫星只能同时观测一个天体，那么一百颗卫星就能同时看到一百个天体，它们还可以通过排列组合的方式拥有多变且更大的视场，搜寻到一些特殊天体的电磁波信号。

张双南的脑海里酝酿着一个大胆的科学计划：如果用大量卫星排列成星座，全天候、多目标地监测变化着的天体，也许有一天，人类将有可能不再错失宇宙。

03

鸿沟

“错失宇宙”意味着什么，除了天文学家之外也许很少有人理解。

天文观测宛如大海捞针。1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在，但直到一百年后，经过全世界成千上万名科学家的努力，人类才终于探测到了它。

2016年，当LIGO和Virgo科学合作组织召开人类首次探测到引力波信号的新闻发布会时，高能所研究员陶炼正在加州理工学院天文系做博士后。加州理工学院是引力波探测的主要参与单位之一。发布会开始前，她和同事们围在天文系楼后面的小广场上紧张地等着结果。当屏幕上的科学家说出“WehavedetectedGravitationalWave”时，人群里的尖叫声震耳欲聋，陶炼和他们一起欢呼。

第一例引力波事件的发现大大加快了人类探测引力波的步伐，天文探索也被带入了新的纪元。三年后，已经回国入职高能所的陶炼发现，全球巡天望远镜的能力正在大幅提高，能看到的天体的数量将大大增加。根据科学家的估计，到2030年，每年发现的双中子星并合产生的引力波事件将超过一万例。

如果把望远镜探测天体看作人类寻找另一半，那么巡天望远镜看到一个天体就像在相亲前看到了对方的照片，但如果想更进一步了解对方的特点，还需要后续的观察。对天体进行后续的持续观察在天文上叫做“后随”，和负责发现天体的巡天望远镜不同，后随望远镜能够紧盯一个天体不放，长期研究它的特性。

陶炼很快注意到，我们可以看到的天体变多了，但能对天体进行后续观测的后随X射线望远镜的数量却没有跟上，全球加起来最多只有十个。巡天能力和后随能力之间已经出现了一道鸿沟，有限的几颗卫星应该看谁，什么时候看，正在成为困扰天文学家们的新难题。

这也是张双南一直在思考的问题。2019年春节前的一天，张双南、陶炼和中科院粒子天体物理中心副主任熊少林在办公室聊起这件事。三个人都很清楚，填平鸿沟迫在眉睫，而解决问题的办法只有一个——多发卫星。

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04

CATCHitifyoucan

多发卫星的难处在于技术和成本。在我国，一颗大型X射线天文卫星的造价成本在十亿人民币量级，如果发射多颗大型卫星，资金规模会高达上百亿乃至上千亿。

那时伊隆·马斯克的星链计划正火，他计划通过发射成百上千颗通信卫星组成星链，向地球传输信号，为不同国家提供高速互联网服务。2018年2月，星链已经成功发射了两颗试验星。

和天文卫星不同，星链采用的是成本低得多的小型卫星。近十年来，小型卫星的造价和发射成本持续降低，张双南预感到用小型卫星做天文正在成为一种趋势。能不能尝试通过发射多颗小型卫星来解决大卫星数量不足的问题？他提出这个设想。

小型卫星虽然成本更低，它所需要的轻量化X射线聚焦望远镜的研发难度却更高。星链只需要向内朝地球传输信号，天文卫星却需要向外，将望远镜对准遥远的未知天体，对镜片的精度要求极高。目前X射线天文观测所使用的绝大多数望远镜都是按照大型卫星的要求来研制的，小型卫星的尺寸和重量要求镜头更小、更轻，同时具备极高的精度，因而研发难度也会大幅增加。

2010年，在时任国家天文台台长严俊的支持下，张双南在国家天文台建立了“X射线成像实验室”，从清华引进了他曾经的学生张臣、凌志兴等年轻的科学家，目标只有一个：研制轻量化聚焦镜。经过几年的技术迭代，他们和北方夜视合作研发的轻量化聚焦镜刚刚投入了应用，计划于2023年底前发射的X射线天文卫星“爱因斯坦探针”就将使用这项技术。

科学上，发射多颗小型卫星是可行的；成本上，一百颗小型卫星和一颗大型卫星相比仍然是划算的；技术上，轻量化聚焦镜的技术难点并不是完全无法突破。

在高能所多学科楼三楼的一间小办公室里，一个尚未有任何国家、任何团队设想过的星座观测方案的雏形诞生了。他们给这个大胆的计划起了一个生动的名字：全变源追踪猎人星座计划，简称CATCH。

和这个英文单词的意思一样，CATCH计划发射130颗左右的小型卫星，依靠轻量化X射线聚焦镜，每一颗都能对特定天区的重要天体进行“捕捉”，也就是追踪观测。同时，如果发现了引力波这样的重要目标，多颗小型卫星还会一起对它进行联合观测。

CATCH观测示意图

当陶炼作为CATCH的首席科学家第一次在高能所内部的战略研讨会上拿出一块轻量化聚焦镜片，向同事们介绍CATCH项目时，会议室里所有人都瞪大了眼睛。

高能所助理研究员、后来成为CATCH计划调度负责人的尹倩青的第一反应是：“怎么会这么小？”在他的脑海里，X射线聚焦镜常常和一些大中型卫星联系在一起，长度可达几十厘米。但CATCH计划发射的小型卫星本身就只有微波炉大小，而陶炼手上的镜片只有几厘米大，看起来就像一块薄片饼干。

超薄、超小的镜片，也让同事们对它的性能产生了怀疑。这么小的镜片组成的镜头到底能不能满足观测的精度要求？受限于研究经费，当时处于起步阶段的CATCH项目只在地面的实验环境下对镜片进行了测试，还没有发射上天进行过在轨验证，而通过地面测试并不意味着镜片能在复杂的真实观测环境中同样满足精度要求。

CATCH计划的大部分卫星采用的镜头由窄视场微孔镜片组成，镜片有许多微小的孔，加工难度极高。同时，为了保证小巧的镜头能够将观测对象拍摄得更清楚，卫星平台还需要搭载一个伸展系统，用伸展杆来增加镜头和探测器之间的距离。宇宙的环境极其复杂，即使只是被太阳光照射，温度的变化也可能让伸展杆出现偏移，进而影响镜头聚光的位置。

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镜头和伸展系统是CATCH的两大难点。为了在技术上攻关，同时在科学上进行深化论证，CATCH团队汇集了十几所高校、科研院所和企业的上百位专家。按照分工，工程团队成员每周开一次例会，还会针对聚焦镜、伸展杆的研发情况不定期组织讨论。

CATCH实验星载荷启动会合影。图片来源：受访者

首席科学家陶炼每天早上七点就会来到高能所，下班回家也会随身带着电脑，时刻准备工作。科研和项目进度的压力每天都伴随着她，有时半夜醒来，睁开眼睛的第一件事就是躺在床上继续思考CATCH的难点该怎么解决。

经过几年的研发和技术迭代，目前，CATCH使用的窄视场聚焦镜取得了突破性进展，它的观测有效面积能够达到40平方厘米，比国外团队按照同样原理制造的镜头高出30%-50%。

CATCH合作单位国家天文台和北方夜视研制的、具有类似工艺的宽视场镜头已经成功上天测试，在国际上首次通过X射线光学镜头拍摄出340平方度的大视场图像，涵盖范围相当于一千多个满月。

CATCH同样颠覆了国外科学家对X射线天文卫星的想象。今年7月下旬，国际空间科学大会在雅典召开，陶炼通过远程录屏的方式介绍了CATCH。尹倩青的师弟李汉成在雅典的会议现场，他在微信上告诉尹倩青，听到这个计划时，“老外都惊呆了”。

9月，在捷克举行的“小型卫星监测高能天区”研讨会上，通常只会用“interesting”来表示客气评价的美国科学家将尹倩青关于CATCH的报告形容为“greattalk”。一位此前和高能所合作过的德国天文学家直接表示自己几个月后会来中国了解情况，还主动帮助CATCH在欧洲进行宣传，推动CATCH在技术和科学上与欧洲的合作。

张双南曾在一次学术交流后和美国科学院院士、时域天文学领军人物库尔卡尼聊起CATCH计划。库尔卡尼的第一反应是这绝不可能实现。张双南向他解释了团队正在研制的轻量化聚焦镜技术后，这位美国科学院院士沉默了片刻，告诉他：“如果真能做出来，gamechanger。”

05

卫星小队

CATCH对游戏规则的改变并不只是因为在聚焦镜等技术上取得了突破。真正重要的是，它尝试的是一种前所未有的观测方式：决定观测哪个天体的不再是科学家。

在过去几十年里，一颗卫星上天后需要由科学家们轮流值班，时刻关注卫星的动态，根据天体变化为卫星选择合适的观测对象。以“慧眼”为例，仅监测和管理运行这一颗卫星就需要二三十人的地面团队。

在张双南和陶炼的设想里，由上百颗卫星组成的CATCH不能也不应该再依赖人力进行决策。一颗卫星应该自行判断自己应该看谁，看多久，怎么看。当看到引力波事件等重要天文现象时，它还需要叫来CATCH的其他卫星，组团一起观测，全方位、无死角地“活捉”天体。

例如，引力波的定位区域通常呈不规则的狭长条形，和目前所有望远镜的视场都不匹配。虽然单颗CATCH卫星的视场也不匹配，但它会给星座中的其他卫星发送消息，让它们停下手头的观测任务，和它一起排列成与引力波定位区域匹配的视场，对引力波的电磁辐射进行定点围猎。

CATCH星座组合视场示意图。图片来源：受访者

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根据不同天体的特点，CATCH星座还有多种组合方式和不同的星座功能。具体选用哪一种、叫哪些卫星来参与观测，都需要一套“星座控制”技术，帮助卫星完成决策。

在“慧眼”卫星等重大项目中，作为首席科学家的张双南的主要工作之一就是替卫星进行决策。但即便是他也至多只能同时控制两颗卫星，计算它们的配合方式。一旦超过三颗，计算的复杂程度会远超人力所及，“不睡觉也没办法做到”。

一百颗卫星数量太多，排列组合的方式更多，需要的算力不是一颗卫星的人力乘以一百就能实现的。但如果人类的大脑不能控制一百颗卫星组成的星座，还有谁能？

答案是人工智能。上百颗卫星的星座控制只能依靠人工智能算法来实现，通过在相应的模型中对卫星进行训练，它们将能够像人类一样进行判断，为自己选择最优的观测方式。

但算法具体要怎么用到卫星上？没有人知道。星座控制是整个CATCH计划最具创新性的技术点，而创新的意思是，以前从没有人尝试过。张双南在不同场合面向科学界呼吁过多次，还专门发过一条朋友圈，希望找到相关的科研团队加入。

不久后，空间中心加入了CATCH团队。空间中心曾研究过如何将AI算法应用到卫星星座控制中，但要想让100多颗卫星都拥有智能的决策能力，训练模型要求的训练量极大，算法也极复杂。

科研机构的运算平台相对有限，研究员手头只能开展较小规模星座的决策模型训练，难以支持一百颗卫星的星座控制所需要的训练量。

星座控制所需要的训练规模成为CATCH的第三大难关。在聚焦镜与伸展杆的研发稳步推进时，AI技术问题却始终无法解决。陶炼和张双南仍在四处联系科研团队，但收效甚微。原定的进度节点一天天逼近，CATCH的宏伟计划刚刚抬起脚，就卡在了一块硬石头上。

06

通关宇宙游戏

2021年中旬，一个偶然的机会，在腾讯工作的鲍雨和高中同学聊起彼此最近的工作。他的同学正在高能所读博，导师是张双南。他向鲍雨提到自己所在的CATCH项目组正在进行一项前沿的太空探索计划，但AI算法的技术问题一直没有找到合适的解决办法。

也是在那时，腾讯正在推动“游戏科技”系列计划落地，希望将游戏技术运用到游戏之外的产业中，且已经在文化、工业等多个领域内进行了尝试。有没有可能将游戏里的AI技术用到卫星上？鲍雨想到这种可能性。

2021年10月底，在鲍雨的联系下，腾讯互娱研发效能部游戏AI技术总监殷俊带着团队从深圳飞往北京，见到了CATCH团队的成员们。听完陶炼的介绍后，殷俊意识到卫星星座对天体的追捕本质上依赖的是“复杂决策”能力。这是AI算法中的重要概念，也是腾讯游戏AI算法的核心技术之一。这套技术的全称是“多智能体强化学习方法”，已经在腾讯旗下多款热门游戏中得到了应用。

如果玩过5v5或多人实时对战游戏，那么你很可能遇到过玩到一半队友却掉线了的情况。玩家掉线、系统托管后，就是AI技术登场的时刻。AI将重新控制掉线玩家的角色，带领他们和剩下的队友配合，继续击杀敌人。

为了保证其他真人玩家的游戏体验，AI托管的角色不仅要完成前进、击杀等基本动作，还需要根据队友的行动调整自己的策略，例如改变前进路线，在队友需要帮助的时候赶去支援等。

如果同一队伍中有多个玩家掉线，那么多个AI之间也需要相互配合，传递信息。一个AI可能会通过算法告诉它的AI队友自己正在中路杀敌，而对方最好先去支援无人杀敌的下路。

现在，让我们把召唤师峡谷替换成宇宙，你会发现CATCH星座中的每一颗卫星都变成了宇宙这款游戏中的玩家。广袤的太空地图里充满未知关卡和随机事件，其中隐藏着各种各样的宝藏。追寻天体的小卫星如同在地图上探险，卫星之间的协作则是在组队寻找宝藏。

腾讯游戏与CATCH合作系统示意图

如同游戏里接管角色后的AI们能够传递消息、配合进攻一样，小卫星们也能在AI算法的帮助下互相配合挖宝。假如一颗卫星发现了一只自己搬不动的大宝箱，它会叫上其他卫星组成一支能力更强的队伍，共同挖宝通关。

和科研机构不同，腾讯游戏的AI技术已经在大量的游戏场景中积累了海量数据和实打实的项目经验，工业生产的特性也促使他们建立了完备的系统平台。陶炼和殷俊当场敲定了合作意向。

2022年6月27日，腾讯游戏正式宣布将以AI技术助力CATCH项目。以腾讯的AI训练平台为基础，结合高能所的天文观测需求和空间中心的卫星星座智能决策算法，星座控制技术找到了突破口。

07

当游戏遇上科学

第一次听到“多智能体强化学习方法”这个名词时，陶炼和高能所其他天文学家盯着这十个字看了很久：“明明每个字都是汉字，为什么组合在一起却看不懂？”

腾讯游戏的工程师们也有同样的困惑，对他们来说，天体物理是从未涉足过的领域，在让人工智能理解卫星之前，首先得让人理解卫星。

确定合作后，腾讯团队开始每两周和高能所、空间中心开一次进度会。除了完成会上讨论的任务外，腾讯的工程师们还会自己找相关的文献来阅读，研究表示天文卫星状态的特殊符号，学习设计卫星之间的通信短报文。

空间中心的研发人员有时会担当高能所和腾讯游戏之间的“翻译”，帮助双方理解彼此提到的陌生概念。在短暂的磨合后，高能所、空间中心和腾讯游戏很快成为了CATCH星座控制的“铁三角”团队。

CATCH团队与腾讯游戏、空间中心进行线上讨论会。

另一些问题却不是只靠磨合和沟通就能解决的。在游戏里，AI之间彼此交换信息的成本很低，只需要进行数据的互换就可以瞬间知道彼此正在做什么。但卫星之间的信息传递却需要依靠地面中心，每传递一次消息都需要等待数小时，在卫星从控制中心头顶过境时完成。有时，当卫星接到观测指令时，需要观测的天文现象已经在这数小时里消逝了。

CATCH想到的解决办法是利用我国北斗系统做卫星交流的快速中介，如果卫星A直接将信息发给北斗，再由北斗发给卫星B、卫星C，那么数小时的时延将被降低到分钟级。为了配合这个构想，腾讯游戏正在重新设计相应的通信算法。

更大的问题在于场景的改变，把召唤师峡谷换成宇宙并没有听起来这么容易。

在CATCH的卫星们搭载这套算法上天之前，腾讯的工程师们需要先让它们在一个模拟的宇宙里进行足够多的闯关训练。空间中心搭建了一个爆发源模拟器作为虚拟宇宙，并在其中设置了一个卫星仿真器作为虚拟的卫星闯关游戏。工程师们把卫星们放在这个虚拟宇宙里不断通关，根据它们的表现加分或减分，教导卫星学习出最优的观测策略。

和CATCH团队达成合作协议时，殷俊和腾讯的工程师们都很兴奋。星座控制对所有技术出身的工程师来说都“太诱人了”，这是行业中从未有人进行过的尝试。腾讯游戏团队已经搭建好训练所需的公有云平台，下个月，他们将和空间中心一起开始算法联调，正式开始对AI进行训练。

但殷俊清楚，真正的问题在于从仿真到真实的差异：“在虚拟环境下能做到100分的算法，真实环境里可能就只有70分”。爆发源模拟器不可能百分之百地准确模拟宇宙，人类永远无法精准地预测和模拟宇宙中未来将发生什么。

但这就是CATCH诞生的原因，也是CATCH最迷人之处——它的眼睛不只望向我们已知的天体，它要捕捉的是未知本身。人类的大脑无法穷尽宇宙，但凝结了人类智慧的人工智能却能帮助卫星接近群星。即使卫星没有生命，它延续了人类探索未知的热情和勇气，正是这一点让人类在浩瀚的太空中仍不显得渺小。

殷俊想，等到卫星搭乘自己团队生产出的AI上天、在卫星环境中产出实际效益的那天，那就是“祖坟冒青烟，太值了”。工程师们和科学家一样清楚人类永远无法模拟宇宙，但他们同样明白，人类也永远不会停下接近宇宙的脚步。

08

地球上最浪漫的事

如果问天文学家在探索宇宙的过程中最痛苦的是什么，答案大多是：宇宙太不确定了。

那么最快乐的是什么？答案同样是：宇宙太不确定了。

十几年前，还在清华读博的陶炼曾经和同学一起爬上学校的天文台等一颗彗星。他们在望远镜旁从四点一直坐到天亮，彗星始终没有出现。

后来她去过许多天文台，在实验室里看过哈勃空间望远镜传回的第一手图像。天文望远镜里的天空“漂亮得不得了”，无数天体闪闪发光，星云的结构清晰可见，天穹绚烂夺目。

更多时候她没有等来期待的观测结果，就像二十多岁时没能等来那颗彗星一样。对天文学家来说这再正常不过，而天文的魅力就在于“你不得不接受自己看不到想看的东西，又得经常看到你不知道的东西”。就像“慧眼”看到磁星SGRJ1935+2154的那个瞬间一样，光芒晃过眼睛，那一秒带来的是一种在这颗星球上独一无二的狂喜。

在刚刚召开的2022腾讯青少年科学小会上，张双南也给小朋友们分享了“慧眼”捉住磁星的故事，还介绍了“慧眼”在黑洞研究中的贡献。在一般人的想象里，黑洞会把出现在周围的所有东西“吃进去”，但“慧眼”发现，在离黑洞非常近的地方竟然有物质以接近光速的速度在向外跑，就像黑洞吃得太饱而打嗝一样。

这是有关黑洞的全新发现。对张双南来说，天文学家的浪漫就在于能有机会成为地球上第一个发现宇宙中某一奥秘的人。这是地球上最浪漫和最美的事，金钱和物质永远无法与之相比。

张双南在2022腾讯青少年科学小会上介绍“慧眼”卫星与CATCH项目。

这是宇宙的不确定性赐给人类的美。科学的重大发现总是或多或少带有偶然和机遇，高能所所长、中科院院士王贻芳曾经在采访中举过日本物理学家小柴昌俊的例子。小柴在退休前敦促学生给探测器换水，换完水一周后，超新星1987A爆发，他的实验因为最纯的水捕捉到了超新星中微子，获得了诺贝尔奖。

但在王贻芳看来，小柴的运气不在于赶上了超新星爆发，而在于没有因为换水错过超新星爆发。CATCH的算法虽然无法穷尽偶然性，但却能帮助科学家避免偶然造成的遗憾，通过全天候、全天区的不间断监测，我们错过的天文事件将大大减少。

CATCH计划和腾讯AI算法的应用无疑是宇宙探索最前沿的尝试。但技术越先进，腾讯的工程师和高能所的科学家们就越清楚地意识到宇宙的复杂性。CATCH的意图并不是要展现人类对宇宙全方位的捕捉和掌控，这个英文单词的另一个含义是“领会”——即使知道科学和技术的边界，人类仍然在用有限的生命去最大程度地领会宇宙、理解宇宙，拥抱宇宙中所有的变与不变。

宇宙探索的道路是漫长的，“慧眼”卫星的概念设想在1993年提出，直到2011年才被正式批复立项，于2017年发射升空，前后经历了二十四年、三代科学家。一个天文项目的研发周期可以长达三十年甚至五十年，有的科学家也许奋斗一生都没有机会看到自己的成果落地。

“你铺下了这块石头，但很大概率你不可能是最后到达河对岸的那个人。这太正常，可能人类都不一定能到达河对岸，”陶炼说，“就算到了河对岸又怎么样呢？你就找吧，追寻的过程是最漂亮的。”

CATCH就是她铺下的第一块石头。这个于2019年提出的概念计划将在2023年发射第一颗试验星，计划在2023-2030年之间发射10颗卫星组成“宇宙猎手”验证星座，2030年后完成百颗卫星的全面部署。

虽然已经在空间天文领域工作多年，但陶炼还没有亲眼看到过卫星上天。2017年，“慧眼”卫星发射时她还没有回国。2020年，高能所的“怀柔一号”卫星发射时，她因故错过了。尹倩青后来给她看了“怀柔一号”卫星发射时的现场照片。

火箭升空。图片来源：受访者

倒计时结束后，巨大的火箭在轰鸣声中笔直穿入天空，很快隐入厚重的云层。灰黑色的尾烟久久不散，像一道石柱和天穹相连。尹倩青站在西昌卫星发射中心的观看台上，距离火箭发射架只有几公里。他和几百个科学家一起激动地大喊，看着火箭在云层背后发出耀眼的亮光。他从未觉得自己脚下的黄土和头顶的宇宙如此接近。

再过一年，陶炼也将看到搭载着CATCH试验星的火箭升空，她会亲眼看着它升入云霄。没有人知道CATCH最终将捕捉到什么，在未来的许多年里它又会给我们带来什么。但就像诗人冯至在一百年前所写的那样：“我们准备着深深地领受/那些意想不到的奇迹/在漫长的岁月里忽然有/彗星的出现，狂风乍起。”

她等到了自己的彗星。

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