2020年4月28日，加拿大CHIME射电望远镜和美国STARE2射电望远镜分别独立捕捉到同一例快速射电暴FRB 200428，其方向和距离与银河系内的磁陀星SGR J1935+2154大致相符；因此，该快速射电暴很可能源自这颗磁陀星，但仍需要更多观测证据。幸运的是，“慧眼”卫星此前因该磁陀星进入活跃期而正在对其开展定点观测，恰好探测到与FRB 200428相关联的X射线暴，凭借高精度定位确认该X射线暴来自此磁陀星，并首次在国际上证认其双脉冲结构与FRB 200428射电信号成协，从而与国际同行一道破解了快速射电暴的起源之谜。“慧眼”卫星为2020年国际十大科学突破之一的“快速射电暴来自于磁星”做出重大贡献，但其成功带有幸运成分——若非卫星恰好正在监测该磁陀星，历史机遇就会错失，这也正是传统单星观测模式的局限。

“慧眼”的幸运，恰恰折射出时域天文学面临的一大困境。作为当今天文学的重大前沿方向，时域天文学的目标是“理解动态宇宙”，强调开展多波段、多信使的极端宇宙观测研究，而暂现源（如快速射电暴、伽马射线暴等）正是其最核心的观测目标。近年来，国际天文界部署了一系列大型巡天望远镜，暂现源数目呈现爆发式增长，如革命性的薇拉·鲁宾天文台每晚预期可产生上千万条暂现源预警。

新窗口正在开启，但当天文学家的巡天网住了蜂拥而至的暂现源“兽群”时，却发现根本没有足够的猎手去捕捉其中价值最高的猎物。

时域天文学的主要研究范式可概括为“巡天发现，后随深挖”：巡天望远镜系统性地搜寻海量暂现源，后随望远镜对重要目标开展多波段、多参量（时变、成像、能谱、偏振等）观测，捕捉其动态演化，进而理解极端宇宙中的物理过程。其中，X射线观测是贯穿这一链条的关键手段——其能直指极端宇宙中的高能物理过程，因此成为洞察《国家空间科学中长期发展规划（2024—2050年）》五大主题之一“极端宇宙”的核心探针。

然而，面对薇拉·鲁宾天文台等巡天产生的海量暂现源，全球具备后随观测能力的X射线望远镜常年维持在个位数，巡天与后随之间出现巨大的失衡。更致命的是，现有后随望远镜多为“单兵作战”模式，无法同时追踪多个暂现源。这意味着，绝大多数暂现源在被发现后不久便从视野中消逝，无法开展深入研究，极有可能导致错失下一个“快速射电暴起源”级别的重大发现。

2019年，中国科学院高能物理研究所提出了“全变源追踪猎人星座”（Chasing All Transients Con-stellation Hunters，CATCH）计划（见图1）。这一破局方案并非简单增加暂现源“猎手”的数目，而是组建一支由百颗微小卫星组成的智能化天文星座，成为能自动围猎“兽群”的“智能猎人军团”。

把天文台装进微小卫星的工业化逻辑

CATCH的破局之道，始于一场“减重革命”。传统的X射线天文望远镜，如大名鼎鼎的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory，CXO）重4.8t，长13.8m，其中仅聚焦镜组件就达1t，焦距10m。这台旗舰天文台运行20余载，极大推动了X射线天文学的发展，但其10亿美元量级的造价和17年的研制周期，注定无法规模化部署——科研经费与发射资源有限，不可能为海量暂现源的每个观测需求都投入如此巨大的资源。

CATCH的答案是：将天文台装进重仅几十公斤的微小卫星。不是造更大的望远镜，而是造更多的小望远镜。这一看似不可能的任务，需要攻克3道难关。

首先是聚焦镜技术的轻量化。CATCH团队同时掌握了Wolter-I型掠入射光学和“龙虾眼”微孔光学（MPO）两条技术路线。若比较单位有效面积的重量，CXO的聚焦镜约为18500 kg/m2，而CATCH的MPO技术可将其降至250 kg/m2以下，轻量化Wolter-I型则低于400 kg/m2。已发射的CATCH-1和即将发射的CATCH-2试验星的MPO组件仅重600g，有效面积却达到40 cm2。聚焦镜的小型化证明了小卫星也能实现高灵敏度X射线观测。CATCH-2试验星的MPO组件见图2。

其次是探测器技术的“货架化”应用。CATCH-2采用硅漂移探测器（SDD）组成4像素焦平面阵列，其中央主探测器选用KETEK公司生产的VITUS H50型SDD，能量分辨率达到132 eV@5.9 keV，时间分辨率达微秒级。CATCH的试验星阶段直接采用经空间环境适应性筛选的商业货架产品，配合自研电子学，避免了定制化研发的高成本与长周期。未来，CATCH将发展SDD阵列和互补金属氧化物半导体（CMOS）等多像素探测器及相关电子学，并通过国产化和星座批量应用显著降低单价。

最后是可展开结构与通用化快速机动平台。CATCH卫星发射时光学系统折叠收纳，入轨后伸展至数米焦距，在紧凑空间内实现长焦距高灵敏观测。平台具备优异的快速响应能力：1min内完成45°转向，迅速瞄准稍纵即逝的暂现源。整个卫星采用模块化、通用化设计，不仅大幅降低成本，还可搭载多个试验模块，在天文观测之余开展空间技术验证，实现“一星多用”。

技术突破的背后，是更深层的工业化逻辑。近年来，我国将商业航天纳入战略性新兴产业，推动航天制造从“国家队”为主向多元主体参与的产业化模式转型。CATCH星座正是这一政策导向下的典型实践：采用模块化设计理念，载荷核心部件实现货架式供应与批量化生产，卫星平台可依托工业化批量制造体系快速搭建；测试周期大幅压缩，年产能可达数十颗。这种模式改变了空间天文载荷“十年磨一剑”的传统，使天文卫星从单件研制走向批量生产，提高研制效率的同时又保证了可靠性，使CATCH百颗卫星的规模化部署成为可能。

2024年6月22日，CATCH-1试验星成功发射（见图3），在轨验证了SDD探测器、快速指向、人工智能（AI）模块等关键技术（见图4）。这不仅是一颗卫星的成功，更是一条可复制的技术路径——证明空间天文观测可以从“艺术品”走向“工业品”，从“孤品”走向“量产”。CATCH以工业化思维重构天文观测，“把空间天文台装进微小卫星”的设想，正成为中国空间科学的新常态。

智能化集群

——从“单兵作战”到“猎人军团”

百颗卫星如何协同狩猎？这是CATCH区别于传统任务的核心命题。“慧眼”等传统卫星虽性能卓越，但单星运行、地面控制的特质，使其面对随机爆发的暂现源时只能“守株待兔”，若未能恰好对准目标，机遇便稍纵即逝。而CATCH要打造的，是一支由人工智能赋能的“智能猎人军团”。

多智能体协同是军团的“战术系统”，负责百颗卫星的分布式自主决策。每颗卫星作为独立“猎手”，通过强化学习训练最优观测策略。当高价值目标出现时，系统自主决策：就近卫星迅速领命开展后随观测，远距离卫星动态调整轨道待命；当多目标同时爆发时，百星实时协商，形成全局最优的观测方案。评估与决策的循环，使观测模式从单星地面控制走向百星自主协同，复杂任务的响应时间也能压缩到分钟级。

智能化集群将赋予CATCH前所未有的观测能力。例如搜寻引力波电磁对应体：当引力波事件定位区域在一二十平方度以内时，CATCH可调动一批卫星灵活组合视场，实现对该区域的完全覆盖，灵敏度优于大视场巡天望远镜。百星协同还使CATCH每天可观测超过百颗X射线源，数量较现有卫星提升百倍，可捕捉多波段暂现源的高能辐射。通过卫星接力，CATCH可对同一目标长期不间断观测，将快速射电暴等短时标现象的X射线观测频次提升一个数量级。此外，不同卫星配置各异，多星协同可实现能谱、时变、成像、偏振的联合测量，深入理解极端天体的吸积几何与磁场结构。

这些能力使CATCH既能筛选目标供旗舰天文台深入研究，也能独立开展暂现源观测，发现新现象、探究新物理。美国国家科学院院士史里尼瓦斯·库尔卡尼（Shrinivas Kulkarni）评价道：“如果能做出来，将改变游戏规则。” 诺贝尔物理学奖得主、詹姆斯·韦布空间望远镜高级科学家约翰·C. 马瑟（John C. Mather）评价其“将非常强大”。

人工智能与航天工程结合，使卫星星座从被动工具变为主动决策的自主系统。CATCH的智能化集群技术，还可拓展至空间碎片监测、近地小行星防御等领域，开启空间科学的新篇章。

CATCH计划分三步推进：CATCH-1试验星已于2024年发射验证关键技术；中法合作的先驱星座拟于2030年前后部署；百颗规模的多波段Advanced CATCH星座预计2035年后全面运行。

结语：

CATCH——空间科学的“星座方案”

从“慧眼”的幸运捕获，到CATCH的从容应对，从单颗旗舰的漫长研制，到百星集群的快速部署，空间天文学正在经历深刻变革。CATCH不只是一个天文任务，也是中国航天“一体两翼”战略的具体实践：用空间科学发现带动技术创新，以工业化生产降低航天成本，靠智能化集群革新观测方式。

当《中国天文学2035发展战略》将其纳入国家观测网络，当国际学界评价其“将改变游戏规则”，CATCH已成为可复制的“星座方案”。百颗卫星织就的，不仅是捕捉暂现源的“天网”，更是中国航天强国建设的一条探索之路——让每一颗微小卫星，都成为探索极端宇宙的“智能猎人”。