NASA神級女工程師!她寫的代碼讓人類登月、2次解救太空危機

9月15日,土星探測儀卡西尼已宣告自毀成功,完成了人類探索土星的悲壯史命。

但偉大歸偉大,其實在卡西尼身上也發生過讓人哭笑不得的錯誤。

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卡西尼-惠更斯號,那口金色的“鍋”便是惠更斯

當年的卡西尼身上還帶著一枚用於探測土衛六(也稱泰坦星,土星衛星中最大的一個)的“惠更斯”號探測器

當時“卡西尼-惠更斯”號非常完美地登陸了土衛六,但是地面卻一直沒有收到儀器傳來的數據。

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惠更斯探測器登陸模擬圖

經徹查後,結果讓所有人大跌眼鏡,原因竟是地面控制員忘了按啟動接收按鈕。

最後這個小失誤導致了大量的數據丟失,包括原本應收到的700張珍貴圖片,最後也只剩下350張。

設計者大衛·阿特金森十八年的努力就這樣功虧一簣,而惠更斯號則得名卡西尼的“豬隊友”。

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臥薪嘗膽18年的大衛·阿特金森

其實類似這種事情,在航天史上從來沒少發生。

人為錯誤確實低級,但卻難以避免。

像執行人類第一次登月任務的阿波羅計劃,也曾經因為一個按鈕的事,差點導致機毀人亡。

但幸運的是,那次有一位“女程式設計師”挺身而出,拯救這場浩劫。

她在“最無用”的部門裡,卻做了最有用的事情。

只是當年極少人意識到她的貢獻,到現在她的故事才被重新提起。

沒有她,就沒有阿姆斯特朗的一小步和人類的一大步。

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瑪格麗特·希菲爾德·漢密爾頓

瑪格麗特·希菲爾德·漢密爾頓,1936年出生於一個美國普通家庭。

她從小就是典型的“別人家的孩子”,成績優異,性格溫和。

高中畢業後,她就順利考上大學,主修數學。

在那裡她也結識了詹姆斯·漢密爾頓,成了漢密爾頓太太。

很自然地,大學畢業後她成了一名老師,教數學和法語。

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瑪格麗特

那時,她的丈夫漢密爾頓還在哈佛法學院繼續深造。

所以一邊工作的她,還主動承擔起了所有的家務。

等到丈夫學成後,瑪格麗特才有機會繼續深造,再讀一個抽像數學的學位。

然而,他們小兩口的生活並不富裕。

為了幫補家用,1962年瑪格麗特也額外找了一份在MIT儀表實驗室的臨時編碼工作。

也就是這個決定,讓她一腳踏入了程序的殿堂。

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最初,她負責編寫在計算機上運行的天氣預報軟體。

但因為工作異常出色,很快就獲得了轉正資格,並加入著名的林肯實驗室。

那時,她的工作任務也從簡單的程序變到為美國軍方的“賽其”(SAGE)系統*寫代碼。

*注:“賽其”系統,被稱為國際互聯網的鼻祖,也是阿帕網的前身,主要目的是在冷戰時期偵查蘇聯有可能發起的核攻擊。

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1962年,瑪格麗特參加SAGE項目時期的照片

在上個世紀60年代,程式設計師可沒有今日這麼風光,更別提“軟體工程師”這樣響亮的頭銜。

和今日科技圈少有的女工程師一樣,當年的瑪格麗特就是一個不折不扣的異類。

雖然名不正言不順,但當年程式設計師們的工作可比現在復雜上幾十倍。

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瑪格麗特在打字機上打出的代碼

在那個年代,並不是敲敲鍵盤就能寫出代碼那麼簡單。

瑪格麗特首先需要將代碼用打字機寫到紙上,連Debug(排錯)的功能都只能靠腦力檢查。

在確認無誤後,這些信息才會交給一群精通針線活的“小老太太”(Little Old Ladies)。

她們會像繡花一樣用磁環把信息編到內存裡,當銅線穿過磁芯代表1,繞過磁芯則代表0。

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小老太太們被雇傭來專門將程序寫入電腦

然而這些都還不是最難的。

那個年代正是程序的“開荒期”,軟體工程也不是一個拿捏得十分準確的領域,很多東西還未統一。

所以要想為一個軟體編程,至少要學好幾套彙編語言。

而剛進去的瑪格麗特更像一塊白紙,還需要面對各種棘手的程序,任誰都得崩潰。

但也正是這些五花八門的難題,激起了對編程的無限興趣。

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瑪格麗特正在手動編程

隨著日漸豐富的編程經驗,瑪格麗特也慢慢成了系統編程的專家。

而另一邊肯尼迪也在1961年發起的阿波羅登月計劃,這就成了瑪格麗特人生重要的轉折點。

那時的她也加入到了阿波羅計劃,為登月太空船寫程序。

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在阿波羅計劃的最初,好像並沒有“軟體”什麼事。

就連在原始檔案列出的阿波羅任務的各項需求中,竟從頭到為都沒有提到軟體這個詞,更別提預算什麼的。

之後隨著阿波羅項目逐漸啟動,NASA才意識到軟體的重要,逐漸把軟體團隊擴大到400人。

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在1965年,瑪格麗特也成了整個軟體編程部的部長。

隨著責任變重,瑪格麗特的壓力也越來越大。

有一次她甚至還做夢見到,新聞頭條是阿波羅墜毀,最後追查下來竟是自己的程序有誤。

當時她從夢中驚醒,就連夜跑回實驗室,竟然還真的在程序中發現了一個小錯誤並改正。

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瑪格麗特與女兒勞倫

在那段日子裡她的女兒勞倫也出生了,所以特別忙的時候瑪格麗特還不得不將女兒帶去實驗室。

她在工作的時候,小女兒就在旁邊玩耍,累了就直接在地板睡覺。

身邊的人都對這位“工作狂媽媽”十分不理解,常問她“你怎麼忍心這麼不顧自己的孩子”。

雖然心有愧疚,但她還是對神秘的程序十分痴迷,不能自拔。

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一天,女兒勞倫在指令艙模擬器中玩耍。

當她在鍵盤上亂按時,一條錯誤的信息突然彈出。

原因是她不小心啟動了一個叫P01的預運行程序,導致原本還在飛行狀態的模擬器瞬間崩潰。

看到這種情況,瑪格麗特就提議在整個系統中多加一段代碼,防止類似的狀況發生。

如果在飛行過程中,太空人操作出了什麼差池,還有挽回的地步。

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但是當時所有人都覺得太空人是受過嚴格訓練,操作是完美的,“絕對不可能出錯”。

再加上當年的計算機存儲空間和運算能力十分有限,決策者也不想添加任何“累贅”的部分。

所以瑪格麗特也無可奈何,只能在操作系統中添加了一個備註“不要在飛行中選擇P01模式”

但是可怕的事情,還是發生了。

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阿波羅8號繞月飛行軌道

1968年12月21日,人類首次繞月飛行的阿波羅8號發射。

但就在飛行的第5天,太空人Jim Lovell還是在無意間按下了P01模式

這個模式的啟動後,所有導航數據都會被清空。

這樣下去,飛船將無法把太空人送回地球,在太空中迷路是分分鐘的事。

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知道要出大事了,決策者也十萬火急地打電話到瑪格麗特那,讓她想一個補救的辦法。

於是,瑪格麗特也馬上帶著MIT的一群程式設計師,連夜奮戰了9個小時,才設計出了一個新的計劃。

當時這份新的導航數據上傳後,大家才鬆了一口氣。

一切又回到正常的軌道,阿波羅8號也順利載著太空人返航。

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這次事件後,決策者與瑪格麗特都更明顯地感受到軟體對登月計劃的重要性。

軟體幾乎成了美國要贏得太空競賽的重要籌碼,瑪格麗特加班的頻率也越來越高,時間也越來越長。

但瑪格麗特最大的挑戰還在後面。

就在阿波羅11號飛船即將登陸月球前的幾分鐘,就是這麼一個關鍵的時刻,危機還是發生了。

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登月時期,人類能用的電腦都是超小內存、計算速度極度緩慢的。

系統能永久保存的不過1.2萬字節(約100兆),而臨時存儲的空間就更小了,只有1024字節(1兆)。

用瑪格麗特的話來說就是“今天看起來這簡直不可思議”。

所以就在阿波羅11號離月球不遠處時,電腦也因過度運轉,大量地彈出錯誤信息,系統幾近崩潰。

如果電腦扛不住,飛船將毫無疑問墜毀,成為世上最“悲壯”的登月。

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瑪格麗特為阿波羅飛船寫的代碼與她嬌小的身軀相比

但就是在這麼“不可思議”的硬體條件下,瑪格麗特設計的系統竟頂住所有壓力。

原因是她首創的“異步處理程序(非同步處理)”,教會了電腦如何“決擇”,為阿波羅11號解決了危機,也為自己贏得了榮譽。

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飛船在登月過程中,除了要控制推進外,還會進行著一系列不那麼重要的計算。

那時瑪格麗特就考慮到,當大量數據湧入電腦,系統扛不住時應該怎麼辦。

所以為了保險起見,她細心地在原有的基礎上添加了這個“異步處理程序”,來解決問題。

當沒有足夠空間運行時,電腦最寶貴的存儲空間便會留給最關鍵的部分,比如最重要的——讓鷹號在月球登陸。

而其他低優先級的任務,如雷達交換數據任務將會被暫時切斷。

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每個人都看到了阿姆斯特朗在月球上的第一步。

然而,不是每個人都知道這背後,有這麼一位女程式設計師也為女性邁出了一大步。

瑪格麗特拯救人類的登月計劃時,年齡不過33歲。

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除了登月,這位先驅女極客還曾為廣大“碼農”(寫代碼的農夫)正名,首次使用了“軟體工程師”一詞來稱呼包括自己在內的程式設計師。

她說:“希望給予做軟體的人們以尊重,因為他們和其他做硬體的人一樣,在這個宏大的工程裡各司其職。”

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登月成功後,瑪格麗特也功成身退,離開NASA出來創建自己的公司,繼續在軟體行業努力。

2003年,她也因當初的貢獻獲得美國太空人對個人的最高獎勵,NASA傑出太空行動獎。

2016年,她再次獲得美國最高的民事榮譽總統勳章,與蓋茨、喬丹同台領獎。

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回顧那段從零開始的程式設計師生活,她說自己是世界上最幸運的人。

因為“別無選擇,只能成為先驅者,沒有時間成為初學者”。

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