爆肝17天，他自编程序拍到了中国空间站
本文来自微信公众号：人间后视镜（ID：renjianhoushijing），作者：叶承琪，编辑：简晓君，题图来自：
今年4月，32岁的天体物理博士刘博洋登上了微博热搜。
凭借自主开发的光学跟踪技术，刘博洋成功拍出迄今为止最高清的中国空间站特写影像，成为国内采用该技术拍摄到高清中国空间站的第一人。
图源快手@天体物理博士刘博洋
镜头里，中国空间站两侧太阳翼舒展，银色轮廓缓慢转动，堆叠出网纱般的质感。画面一经发表，就受到新华社等数十家主流媒体的报道。航天博主@Spacelens云上天镜指出：“这可能是未来一段时间在地面拍摄中国空间站最高清的画质了。”
对中国天文爱好者来说，这个画面有着特殊意义。在此之前，国外天文大神在人造天体跟踪精度上的成就，是绝大多数国内民间爱好者难以企及的。有人屡屡尝试却不得其门，“拍过很多次过境，也尝试过用C11（口径为11英寸即27厘米的天文望远镜）守株待兔式的拍摄，但都失败了。”
刘博洋拍摄的影像打破了这段历史，有人转发他的微博以示庆祝，“（刘博洋）开启了人造天体跟踪摄影的时代”。
这段影像也成为中国空间站关键性历史时刻的绝版记录。4月19日，当刘博洋第一次拍到中国空间站的时候，“天舟三号”处于天和舱的后向对接口。两天后当他再次拍摄时，“天舟三号”已经绕到了前向对接口。那一刻，刘博洋意识到，自己捕捉到了中国空间站建设中一个独一无二、可能不会再出现的构型。
此后空间站建设过程中的每一次变化，都可能成为下一个独一无二的瞬间。刘博洋的目标明确，“我想全程跟拍中国空间站的建设，记录下中国空间站逐渐建设壮大，并最终成长为完全体的完整过程。”
他想成为那个亲手记录历史的人。
一
2022年3月中旬，一场雪冻住了北京刚刚冒头的春意。
龟龟无暇欣赏窗外的雪景。整个三月，她、刘博洋和王卓骁，三个多年好友组成的追拍中国空间站的“铁三角”，正连轴转地通宵工作。来到三月底，三人小群的问候语变成了，“博洋还活着吗？”
这是刘博洋尝试拍摄追踪中国空间站的第5天，距离他设定的小目标，“10天内拍到中国空间站”，时间已经过去一半。几天前，“根据空间站运行轨道参数实现拍摄”的方法失败，刘博洋将代码推倒重来，一切又回到原点。
刘博洋跟拍空间站的想法由来已久。在他之前，国外的天文爱好者用自己开发的“土方法”成功拍到了国际空间站的高清影像。而在国内，这一领域还无人突破。
最开始，刘博洋想到手动跟踪，但人的肌肉会发抖，可能会让画面不稳定，跟进不及时，从而错失空间站的部分行径过程。后来，他又想到把手动变成自动，起码代码不会发抖。
去年，刘博洋曾在硅谷一个华人程序员那找到一个追拍软件，但被告知“程序已经停止更新”，后来又陆续找到一些软件，不是一打开就崩溃，就是软件无法匹配相机，又或是操控望远镜和相机转动追踪的游戏手柄无法匹配软件。
今年三月，刘博洋又打听到国内一个厂商正在开发空间站跟拍软件。但是，在得知软件可能要卖好几万元时，他放弃了。“之后我就断了找别人软件的想法，毕竟咱还是穷人。”作为一个“穷人”，他的相机是租来的，望远镜和?道仪是借的，运?跟拍算法的电脑是前?友送的，连游戏?柄都是刘博洋找?学同学“讹”来的。
一气之下，刘博洋放弃了使用别人软件的想法，决定自己动手写代码。
4月16日，随着“神舟十三号”完成既定任务后返回地球，中国空间站结束了关键技术验证阶段，正式开启建设阶段。
从那时开始的每一个月甚至每一天，中国空间站的形态都可能不一样。它将在五月迎来“天舟四号”货运飞船，在六月迎来“神舟十四号”载人飞船，今年下半年迎来“问天”、“梦天”实验舱，年底，“天舟五号”和“神舟十五号”也会成为中国空间站的新客人。届时，中国空间站将成长为完全体。
刘博洋想完整记录下空间站逐渐建设壮大的过程，这意味着必须，他要在5月10号之前完成拍摄空间站技术的攻坚战。
“这就是我当时通宵工作改代码的原因，我在和时间赛跑。”刘博洋说。
二
3月18日，正式启动自主编程的第一天，刘博洋实现了用游戏手柄，控制承载望远镜的赤道仪的转速。第二天，他根据轨道参数算出了望远镜的指向，成功实现粗略跟踪，再用游戏手柄，实现了对望远镜的手动微调。
第三天，他来到了北京一个地上停车场做首次尝试，结果失败了。后来复盘，刘博洋猜测原因，“轨道信息难免有误差，而且用这种方式‘盲跟’，误差是越积累越大的，所以这肯定不是正确的解决方案。”
天文人“摆摊”现场
没有时间懊悔，另一个想法在他脑海里快速酝酿成型：既然空间站不根据我算出的轨迹走，那它走到哪儿，我就跟到哪儿。“光学识别追踪”拍摄法由此而来：通过自动控制程序，让跟踪装置自动识别出空间站，然后捕获、跟踪、拍摄。
但空间站的移动速度比想象要快得多。过境时，空间站划过整个天空需要5分钟左右，其中开始和尾声段较慢，“过顶”时最快。“中国空间站过顶时最快可以达到每秒1.2度，如果望远镜定着不动的话，不到半秒钟空间站就滑过去了。”
“笨拙”的赤道仪如何跟上像流星一样高速运行的人造天体？没有人告诉刘博洋答案。
“跟是跟上了，过境前三分钟sharpcap软件崩溃破坏了校准，所以主镜估计啥也没拍到……”受访者供图
那段时间，刘博洋每天熬通宵工作。深夜是最安静的时候，没有干扰，适合思考。到了早上五六点，他睡几个小时，中午吃几口饭，下午再继续工作直到第二天清晨。
3月23日，适逢中国空间站又一次过境，刘博洋满怀信心第二次试拍，又失败了。“这次失败的理由非常弱智，我刚新租了一个新相机，相机来不及和望远镜合练，调试时间很紧张，我明明追上了空间站，但就是对不上焦。”刘博洋说。
3天后的3月27日，第三次试拍，寻星镜没有找到目标，“尾随”失败；
3月31日，“尾随”成功，但望远镜没有根据程序走，“抓捕”失败；
4月2日， “尾随”“抓捕”都成功了，但望远镜和寻星镜“断联”，又一次失败……
4月3号国际空间站跟踪绩效，高精度稳定跟踪维持了2分钟。受访者供图
前五次尝试全部失败，刘博洋记不清具体走了多少弯路。所幸在不断总结、修正、完善算法的一次次尝试中，他的寻星镜、赤道仪、相机和望远镜变得越来越听话。
有一次，他复盘追拍程序时，看到网友在评论区留言“你这个用的是PID吧？”他搜索了一下，发现所谓“PID”是自动控制学界一套经典的控制理论，缺乏工科背景的自己闻所未闻，同时惊喜地意识到，经过十几天的闭门造车，自己的程序使用的正是“PID”的思路，也就是说，他在无意间已经“重新发明了轮子”。
刘博洋哈哈笑起来：“事实证明人家经典理论真的有道理的。我自己发明出来的轮子虽然可以用，但是是方形的，特别抖。”第六次尝试，刘博洋终于第一次拍到了国际空间站，他开始朝下一个目标，中国空间站进发。
“我们那时一直在算时间，全国各地找中国空间站的过境点，还要考虑天气，天气不好，就是过境也拍不到。没有一点云，没有一点雾霾，才能达到很好的拍摄效果。”龟龟说道。
中国空间站的途经轨迹是一条带状区域，拍摄的位置要和它的垂直距离尽可能近，否则拍出的图像不清晰。过境点要交通便利，最好从车站机场自驾四个小时就能达到，“如果附近有一个酒店可以让我们休息就更好了，没有的话就连夜开车回去，或者睡在车里。”
外出拍摄的设备装满了8个行李箱，重量近200公斤
4月19日，中国空间站过境河北-山东一线，晴朗的夜空像是大自然给刘博洋的礼物。他和伙伴们驱车三个小时，从北京开到了河北衡水的郊外。把装备都安置妥当后，刘博洋抬头，发现自己正好在衡水中学的门口。
一行人从晚上八点待到第二天早上四点。衡水外面是一片大野地，月光柔和静谧，洒在尘土飞扬的地面。凌晨时分，中国空间站出现在漆黑的夜空中，寻星镜捕获到了这一光点，赤道仪应声而动，望远镜紧紧跟住，中国空间站稳稳地出现在了刘博洋的屏幕中央。那一刻，所有人都忍不住欢呼起来。刘博洋成功了。
在掌声和注目之后，刘博洋没有停下。他并不满意空间站的“高糊”画质，国际空间站的高清图片印在他的脑海里，“我要做全世界范围内技术最顶尖的那一个。”
4月19日之后，他们先是回到北京拍摄，然后是海南、陕西、广州、嘉峪关，最后回到北京。一次次完善、改进算法后，6月12日，在嘉峪关，刘博洋第一次拍到了“有人”的中国空间站——6月5日，三位航天员搭载“神舟十四号”飞船进入天和舱，开始了在轨六个月的生活。
“不知道上面的三个航天员，在空间站经过嘉峪关的时候，会不会回望酒泉卫星发射中心，和此刻的我遥遥相对，来一个天地交互。”在寂静的夜色中，望远镜发出幽幽的光亮，照亮了刘博洋。
三
出生于内蒙古呼和浩特的刘博洋，在1994年第一次有了与天文有关的记忆，是源于一台老旧的黑白电视。
刘博洋记得特别清楚，奶奶家是开饭馆的，饭馆的房间里有一台特别小的电视。“电视的换台键是触摸的，碰到它就会换台，所以每次有苍蝇停到按键上，电视都会自动换频道。”
在那台小电视上，4岁的刘博洋看到了“一颗彗星被木星引力俘获，今晚会撞上木星”的新闻。“我以为会像礼花一样，撞上去嘣一下就炸开了，所以就跟我妈说，晚上叫我起床看彗星撞木星。”刘博洋笑道，“但其实啥都没看着，一个是因为它俩离地球实在是太远了，不可能有那种震撼的效果，第二也因为彗星的撞击点处于木星的背侧，在地球上即使是用世界上最大的望远镜看不到，而且那颗彗星相对于木星实在太小了，就像往大海里投了一颗小石子。”
刘博洋的母亲是一位开明的中学英语教师，对教育十分重视。在刘博洋三岁的时候，母亲给他讲幼儿趣味百科全书里的科学小故事。到6岁上小学之前，刘博洋的父母已经带他游遍了北京大大小小的博物馆。
参观天文馆两个月之后，父母花700块钱给刘博洋买了一台60毫米口径、700毫米焦距的折叠式望远镜，还带一个赤道仪。在很长一段时间内，他都不知道怎么摆弄这个昂贵的玩具。“其实我根本不会用，我只会拿它看月亮。”
高中入学，新生刘博洋凭着看了几年月亮的莫名“自信”，报名加入了天文社。天文社是有入社考试的，“我在考卷上乱涂乱画瞎答一气，结果竟然误打误撞考了个第二名。”
在刘博洋进社时，高中的天文社已经成立了五六年，一位日本友人捐赠给学校的唯一一台大口径反射式望远镜，是天文社的“镇社之宝”，当初创社的学长学姐们仍会不时回到高中，联络当地的天文爱好者协会，带着学弟学妹们观星。
凭着这些契机，刘博洋第一次有了野外观星的体验，在双筒望远镜里，灿烂银河扑面而来。追星星的路，在刘博洋眼前变得清晰起来。
高考那年，刘博洋以高过分数线2分的优势考进了北大天文学系。进入北大后，“神仙打架”的课堂让刘博洋遭遇到了前所未有的挫败感。刚入学时，全班只有刘博洋一人有天文底子，大一的天文基础课，他考了全班第一，还当上了这门课的课代表。但其他科目学起来却十分吃力，他每个学期都竭尽全力地学，成绩可能刚够及格线，和他朝夕相处的同学们却轻松地考到了80、90多分，甚至满分。
“在北大物理学院学习真是一个非常毁灭的事情，因为人与人之间的差距真的非常大。”在北大遭受的学术挫败，让刘博洋逐渐清晰了自己的方向——或许，完全投身于天文学术研究并不适合他。
做学术，概括起来就是每天没完没了地读文献，思考研究方向和目标，然后编程改代码，打报告申请观测，收集然后处理数据。顺利的话可以整理出结论，然后写文章、投稿，收到审稿意见后再反复修改。发表成功，再启动下一个研究。如此循环。
“天文学术界有一句很有名的俚语，‘Publish or Perish’，就是‘要么发表，要么去死’，因为研究成果是能证明你努力工作的唯一凭据，你没有发表，就相当于你没有工作过。”刘博洋说，“搞科研是很‘卷’的，因为科研的本质就是要比第一。”
当同学们畅游于天文学术海洋中扣响知识圣殿的大门时，刘博洋选择了成为播撒星星之火的那一个。
他加入了北大天文社，做到了副社长，连续两年带队远征观测日全食，大二时主动承办起北京市高校天文社团研讨会，在会上成立了北京市高校天文社团联盟，大三时发起了全国天文社团发展论坛。这一论坛在整个2010年代，成为了全国天文社团每年一度的大型“团建”盛会。
他走过了当年高中学长学姐们带他入门的老路，甚至做得更出色。
当他在大学“不务正业”时，开明的母亲像小时候一样，给予了刘博洋最大程度的支持。大学毕业后，刘博洋已经很少向父母要钱养爱好。
在澳洲读博时，奖学金和稿费负担起了刘博洋的生活，但这些钱禁不住几次花钱如流水的外拍。龟龟笑着接过话茬：“在澳洲遇见他的时候，他完全颠覆了我对北大学子的认知，怎么天之骄子混成了这个样子。”
等到刘博洋的摄影作品和文章逐渐可以变现时，家中的情况却变得不太好了。因为一些原因，母亲失业，家中负债达到了200万。刘博洋一下子从“一人吃饱全家不饿”，变成了需要额外挣钱帮家里还外债的人。“我写科普文章、发视频的自媒体号，接到的商单少得可怜，这些钱买点器材，出去拍几次照就花光了。很长一段时间里，我的账户余额都是在1000块钱人民币以下。”
当一个新奇的点子突然冒出来时，他会被昂贵的器材费用和交通住宿费劝退。但刘博洋并不觉得沮丧：“长期没钱的状态，导致我反而更喜欢把便宜的设备用到极致。”
2021年8月，刘博洋和王卓骁裹着棉袄，爬上了海拔4200米的青海冷湖赛什腾山。
这片人迹罕至的高海拔山区，是被中国科学院国家天文台、著名天文学家邓李才教授团队历时三年勘探，选为国际一流天文台址的地方。这里的天光黑暗程度逼近理论极限，是世外桃源般的观星天堂。
刘博洋觉得，在照片中看到银河和实际看到银河，感受是非常不一样的。“它直接地投射到你的眼睛上，像天鹅绒一样毛茸茸的深浅错落，那种震撼无法用言语形容。”
四
“天文像一团幼小的火苗，我的老师，我的学长学姐，我的同学和朋友，每个人都在尽全力地护住它。它很脆弱的，一不留神就灭了。”说完，刘博洋发出一声叹息。
提起自己到山村小学为孩子们上公益天文课的经历，刘博洋不太愿意夸夸其谈。现实是，在家长的耳提面命之下，无数“小镇做题家”为过那道独木桥拼尽全力，根本无暇考虑自己的兴趣。有相当比例的中国高中生，在进入大学之前，可能都没有摸过天文望远镜。
在大学时期，刘博洋和耶鲁大学的访问学者们一起去河北的乡村学校讲过课，参加过和中国社会福利基金会合作的“帐篷学校”项目，也去过山西革命老区的农村小学和残障学校讲过天文课，一手创建了让青年天文学者和资深爱好者们给中小学生们上课、指导、交流的“青年天文教师连线”。
和孩子们交流后，刘博洋意识到，即使是偏僻的山区，天文也并非那么遥不可及。“农村的孩子们也可以掌握基础天文知识，他们虽然没有那个条件用上望远镜，但理解能力也很够。”
同时给50多所乡村小学的孩子上天文课。受访者供图
在第八次拍到中国空间站的那个衡水之夜，陪刘博洋一起守候的，就有一个“忘年交”。那是刘博洋去西昌拍摄火箭发射时，偶然结识的小学生。
“这个孩子很喜欢博洋，博洋什么新活动他都想来参加。”龟龟说道，“正好去衡水拍照那次，小学生住得不远，就兴冲冲地过来了。”
等待空间站出现的过程很漫长，小学生挤在刘博洋身边沉沉睡去。等到空间站出现在夜空的时候，刘博洋把男孩叫醒，指着空间站给他看。“屏幕上的空间站只是一个小小光点，我是后期放大处理过才有了那张比较清晰的照片，所以他当时脸上都没什么表情。”
直到后来，小学生看到了央视等等媒体的报道，看到了那张放大的照片，才意识到这是一件多么了不起的事情。
“我知道我的学术能力没有那么强，和我的同行相比没有足够竞争力，这是一种自知之明。”刘博洋坦然道，“这没什么的，因为我也有我的强项对吧？我可以把科学事件翻译成大家都能听懂的语言，用科学的角度去琢磨一下摄影里可以创新的东西，探索好玩的科学实验。我就去把能做的、想做的事情做好就行了。”
在社交媒体上，有人曾经写道：“如果互联网上有一百个刘博洋，我猜中国的天文爱好者数能多一百倍。”
这个中学时语文成绩优秀、爱读《三体》的年轻人，擅长用流畅幽默的语言解释复杂的天文知识。从2012年大学毕业开始，刘博洋迷上了天文科普写作。在他的文章列表里，他会告诉网友“人在太空中放屁不会飞走，因为宇航员穿了裤子”，也会解释为什么把一桶油变成空气，再把全世界变成油后点燃，世界会变成一个黑洞。
阅读兴趣广泛的刘博洋，还会绘声绘色地讲述聋哑天文学家John Goodricke传奇而短暂的22年人生，以及1987年一场2000多名物理学家挤着要进会议室、从晚上7点半开到第二天凌晨3点半的史诗级物理会议。
对于自己的天文科普工作，刘博洋一直很清醒：“我不觉得我现在的科普内容，可以取代基础的科普教育。但如果可以激发他们的一点兴趣，给他们一点鼓励，就已经很好了。”
近几年发掘出的爱好“天文摄影”是刘博洋想要坚持下去的另一条路。
在刘博洋看来，天文的美在于可以用科学的方法和手段，去挖掘出埋藏在自然界的原始信息，“这些信息隐藏在巨大的噪声和杂音中，无人知晓、无人领会。我再用相机把这些信号还原出来，让大家可以直观感受到这种壮美，这就是天文摄影的魅力。”
还有“火箭摄影”。一般的火箭摄影，只能用普通相机的长焦镜头短暂地跟踪拍摄。刘博洋的想法是，能不能用空间站跟踪程序，拍到火箭发射飞得很远之后的样子？“火箭的助推器分离、一级火箭分离，还有火箭的尾焰在空中散开之后，尾焰云也是非常漂亮的。”
刘博洋以天舟四号发射时的火箭尾焰为拍摄对象，创作了摄影作品《太空快递员》
把自己看到的东西带回给大家，让更多人能够在日复一日的工作中看一眼真正的星空，这是刘博洋想走的路。
7月中旬，刘博洋和他的望远镜仍然在路上。他不断改代码，调程序，完善技术，稳住画面，等待中国空间站在银河中无声破茧，“黄伟芬（中国载人航天工程航天员系统副总设计师）在国新办新闻发布会中说，中国空间站在建设过程中会先后出现9种不同构型。今年我要挨个拍。”
随着宇宙深处中国空间站的影像传来，他收获了遥远的共鸣。在刘博洋首次拍到中国空间站高清影像的那条微博下，一位网友记下那一刻的感受：“星垂平野阔，月涌大江流，在辽阔天地上你我孑然前行，但在满天星光的注视下，我们是并不孤独的小小沙鸥。”
本文来自微信公众号：人间后视镜（ID：renjianhoushijing），作者：叶承琪，编辑：简晓君
