1969 年 7 月 20 日下午 4 時(shí) 17 分 42 秒，美國宇航員阿姆斯特朗將左腳小心翼翼地踏上了月球表面，這是人類(lèi)第一次踏上月球。

　　如今時(shí)間已經(jīng)過(guò)去了 50 年，但阿姆斯特朗那句“我的一小步，人類(lèi)的一大步”的經(jīng)典獨白，仍然深深地刻在每個(gè)人的心里。

　　騰訊科技聯(lián)合知乎發(fā)起“登月 50 年”系列策劃，聚焦人類(lèi)探索月球的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，一起回顧人類(lèi)和月球的往事。

　　第三期：她的一串代碼讓人類(lèi)登月，兩次化解航天災難，是程序員永恒的女神

　　文/知乎專(zhuān)欄作者：SME 情報員

　　2017 年 9 月 15 日，土星探測儀卡西尼已宣告自毀成功，完成了人類(lèi)探索土星的悲壯史命。

　　但偉大歸偉大，其實(shí)在卡西尼身上也發(fā)生過(guò)讓人哭笑不得的錯誤。

　　當年的卡西尼身上還帶著(zhù)一枚用于探測土衛六(也稱(chēng)泰坦星，土星衛星中最大的一個(gè))的“惠更斯”號探測器。

　　當時(shí)“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(méi)有收到儀器傳來(lái)的數據。

　　經(jīng)徹查后，結果讓所有人大跌眼鏡，原因竟是地面控制員忘了按啟動(dòng)接收按鈕。

　　最后這個(gè)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，最后也只剩下 350 張。

　　而設計者大衛·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”。

　　其實(shí)類(lèi)似這種事情，在航天史上從來(lái)沒(méi)少發(fā)生。人為錯誤確實(shí)低級，但卻難以避免。

　　像執行人類(lèi)第一次登月任務(wù)的阿波羅計劃，也曾經(jīng)因為一個(gè)按鈕的事，差點(diǎn)導致機毀人亡。

　　但幸運的是，那次有一位“女程序員”挺身而出，拯救這場(chǎng)浩劫。她在“最無(wú)用”的部門(mén)里，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(méi)有她，就沒(méi)有阿姆斯特朗的一小步和人類(lèi)的一大步。

　　瑪格麗特·希菲爾德·漢密爾頓，1936 年出生于一個(gè)美國普通家庭。她從小就是典型的“別人家的孩子”，成績(jì)優(yōu)異，性格溫和。高中畢業(yè)后，她就順利考上大學(xué)，主修數學(xué)。

　　在那里她也結識了詹姆斯·漢密爾頓，成了漢密爾頓太太。很自然地，大學(xué)畢業(yè)后她成了一名老師，教數學(xué)和法語(yǔ)。那時(shí)，她的丈夫漢密爾頓還在哈佛法學(xué)院繼續深造。

　　所以一邊工作的她，還主動(dòng)承擔起了所有的家務(wù)。等到丈夫學(xué)成后，瑪格麗特才有機會(huì )繼續深造，再讀一個(gè)抽象數學(xué)的學(xué)位。

　　然而，他們小兩口的生活并不富裕。為了幫補家用，1962 年瑪格麗特也額外找了一份在 MIT 儀表實(shí)驗室的臨時(shí)編碼工作。也就是這個(gè)決定，讓她一腳踏入了程序的殿堂。

　　最初，她負責編寫(xiě)在計算機上運行的天氣預報軟件。但因為工作異常出色，很快就獲得了轉正資格，并加入著(zhù)名的林肯實(shí)驗室。

　　那時(shí)，她的工作任務(wù)也從簡(jiǎn)單的程序變到為美國軍方的“賽其”(SAGE)系統*寫(xiě)代碼。(*注：“賽其”系統，被稱(chēng)為國際互聯(lián)網(wǎng)的鼻祖，也是阿帕網(wǎng)的前身，主要目的是在冷戰時(shí)期偵查蘇聯(lián)有可能發(fā)起的核攻擊。)

　　在上個(gè)世紀 60 年代，程序員可沒(méi)有今日這么風(fēng)光，連“程序猿”都比不上，更別提“軟件工程師”這樣響亮的頭銜。

　　和今日科技圈少有的女碼農一樣，當年的瑪格麗特就是一個(gè)不折不扣的異類(lèi)。

　　雖然名不正言不順，但當年程序員們的工作可比現在復雜上幾十倍。

　　在那個(gè)年代，并不是敲敲鍵盤(pán)就能寫(xiě)出代碼那么簡(jiǎn)單?，敻覃愄厥紫刃枰獙⒋a用打字機寫(xiě)到紙上，連 Debug(排錯)的功能都只能靠腦力檢查。在確認無(wú)誤后，這些信息才會(huì )交給一群精通針線(xiàn)活的“小老太太”(Little Old Ladies)。

　　她們會(huì )像繡花一樣用磁環(huán)把信息編到內存里，當銅線(xiàn)穿過(guò)磁芯代表1，繞過(guò)磁芯則代表0。

　　然而這些都還不是最難的。那個(gè)年代正是程序的“開(kāi)荒期”，軟件工程也不是一個(gè)拿捏得十分準確的領(lǐng)域，很多東西還未統一。所以要想為一個(gè)軟件編程，至少要學(xué)好幾套匯編語(yǔ)言。

　　而剛進(jìn)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(shuí)都得崩潰。但也正是這些五花八門(mén)的難題，激起了對編程的無(wú)限興趣。

　　隨著(zhù)日漸豐富的編程經(jīng)驗，瑪格麗特也慢慢成了系統編程的專(zhuān)家。而另一邊肯尼迪也在 1961 年發(fā)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(diǎn)。

　　那時(shí)的她也加入到了阿波羅計劃，為登月飛船寫(xiě)程序。在阿波羅計劃的最初，好像并沒(méi)有“軟件”什么事。就連在原始檔案列出的阿波羅任務(wù)的各項需求中，竟從頭到尾都沒(méi)有提到軟件這個(gè)詞，更別提預算什么的。

　　之后隨著(zhù)阿波羅項目逐漸啟動(dòng)，NASA 才意識到軟件的重要，逐漸把軟件團隊擴大到 400 人。在 1965 年，瑪格麗特也成了整個(gè)軟件編程部的部長(cháng)。

　　隨著(zhù)責任變重，瑪格麗特的壓力也越來(lái)越大。有一次她甚至還做夢(mèng)見(jiàn)到，新聞頭條是阿波羅墜毀，最后追查下來(lái)竟是自己的程序有誤。當時(shí)她從夢(mèng)中驚醒，就連夜跑回實(shí)驗室，竟然還真的在程序中發(fā)現了一個(gè)小錯誤并改正。

　　在那段日子里她的女兒勞倫也出生了，所以特別忙的時(shí)候瑪格麗特還不得不將女兒帶去實(shí)驗室。她在工作的時(shí)候，小女兒就在旁邊玩耍，累了就直接在地板睡覺(jué)。

　　身邊的人都對這位“工作狂媽媽”十分不理解，常問(wèn)她“你怎么忍心這么不顧自己的孩子”。雖然心有愧疚，但她還是對神秘的程序十分癡迷，不能自拔。

　　一天，女兒勞倫在指令艙模擬器中玩耍。當她在鍵盤(pán)上亂按時(shí)，一條錯誤的信息突然彈出。原因是她不小心啟動(dòng)了一個(gè)叫 P01 的預運行程序，導致原本還在飛行狀態(tài)的模擬器瞬間崩潰。

　　看到這種情況，瑪格麗特就提議在整個(gè)系統中多加一段代碼，防止類(lèi)似的狀況發(fā)生。如果在飛行過(guò)程中，宇航員操作出了什么差池，還有挽回的地步。

　　但是當時(shí)所有人都覺(jué)得宇航員是受過(guò)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(wú)可奈何，只能在操作系統中添加了一個(gè)備注“不要在飛行中選擇 P01 模式”。

　　但是可怕的事情，還是發(fā)生了。1968 年 12 月 21 日，人類(lèi)首次繞月飛行的阿波羅 8 號發(fā)射。

　　但就在飛行的第 5 天，宇航員 Jim Lovell 還是在無(wú)意間按下了 P01 模式。這個(gè)模式的啟動(dòng)后，所有導航數據都會(huì )被清空。

　　這樣下去，飛船將無(wú)法把宇航員送回地球，在太空中迷路是分分鐘的事。知道要出大事了，決策者也十萬(wàn)火急地打電話(huà)到瑪格麗特那，讓她想一個(gè)補救的辦法。

　　于是，瑪格麗特也馬上帶著(zhù) MIT 的一群程序員，連夜奮戰了 9 個(gè)小時(shí)，才設計出了一個(gè)新的計劃。當時(shí)這份新的導航數據上傳后，大家才松了一口氣。

　　一切又回到正常的軌道，阿波羅 8 號也順利載著(zhù)宇航員返航。這次事件后，決策者與瑪格麗特都更明顯地感受到軟件對登月計劃的重要性。

　　軟件幾乎成了美國要贏(yíng)得太空競賽的重要籌碼，瑪格麗特加班的頻率也越來(lái)越高，時(shí)間也越來(lái)越長(cháng)。

　　但瑪格麗特最大的挑戰還在后面。就在阿波羅 11 號飛船即將登陸月球前的幾分鐘，就是這么一個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻，危機還是發(fā)生了。

　　登月時(shí)期，人類(lèi)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(guò) 1.2 萬(wàn)字節，而臨時(shí)存儲的空間就更小了，只有 1024 字節。

　　用瑪格麗特的話(huà)來(lái)說(shuō)就是“今天看起來(lái)這簡(jiǎn)直不可思議”。所以就在阿波羅 11 號離月球不遠處時(shí)，電腦也因過(guò)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(wú)疑問(wèn)墜毀，成為世上最“悲壯”的登月。但就是在這么“不可思議”的硬件條件下，瑪格麗特設計的系統竟頂住所有壓力。

　　原因是她首創(chuàng )的“異步處理程序”，教會(huì )了電腦如何“決擇”，為阿波羅 11 號解決了危機，也為自己贏(yíng)得了榮譽(yù)。飛船在登月過(guò)程中，除了要控制推進(jìn)外，還會(huì )進(jìn)行著(zhù)一系列不那么重要的計算。

　　那時(shí)瑪格麗特就考慮到，當大量數據涌入電腦，系統扛不住時(shí)應該怎么辦。所以為了保險起見(jiàn)，她細心地在原有的基礎上添加了這個(gè)“異步處理程序”，來(lái)解決問(wèn)題。

　　當沒(méi)有足夠空間運行時(shí)，電腦最寶貴的存儲空間便會(huì )留給最關(guān)鍵的部分，比如最重要的——讓鷹號在月球登陸。而其他低優(yōu)先級的任務(wù)，如雷達交換數據任務(wù)將會(huì )被暫時(shí)切斷。

　　每個(gè)人都看到了阿姆斯特朗在月球上的第一步。然而，不是每個(gè)人都知道這背后，有這么一位女程序員也為女性邁出了一大步。

　　瑪格麗特拯救人類(lèi)的登月計劃時(shí)，年齡不過(guò) 33 歲。除了登月，這位先驅女極客還曾為廣大“碼農”正名，首次使用了“軟件工程師”一詞來(lái)稱(chēng)呼包括自己在內的程序員。

　　她說(shuō)：“希望給予做軟件的人們以尊重，因為他們和其他做硬件的人一樣，在這個(gè)宏大的工程里各司其職。”

　　登月成功后，瑪格麗特也功成身退，離開(kāi) NASA 出來(lái)創(chuàng )建自己的公司，繼續在軟件行業(yè)努力。

　　2003 年，她也因當初的貢獻獲得美國宇航局對個(gè)人的最高獎勵，NASA 杰出太空行動(dòng)獎。2016 年，她再次獲得美國最高的民事榮譽(yù)總統勛章，與蓋茨、喬丹同臺領(lǐng)獎。

　　回顧那段從零開(kāi)始的程序員生活，她說(shuō)自己是世界上最幸運的人。因為“別無(wú)選擇，只能成為先驅者，沒(méi)有時(shí)間成為初學(xué)者”。
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