1969 年 7 月 20 日下午 4 時 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，這是人類第一次踏上月球。

　　如今時間已經過去了 50 年，但阿姆斯特朗那句“我的一小步，人類的一大步”的經典獨白，仍然深深地刻在每個人的心里。

　　騰訊科技聯合知乎發起“登月 50 年”系列策劃，聚焦人類探索月球的點點滴滴，一起回顧人類和月球的往事。

　　第三期：她的一串代碼讓人類登月，兩次化解航天災難，是程序員永恒的女神

　　文/知乎專欄作者：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。

　　當年的卡西尼身上還帶著一枚用于探測土衛六(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。

　　經徹查后，結果讓所有人大跌眼鏡，原因竟是地面控制員忘了按啟動接收按鈕。

　　最后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“女程序員”挺身而出，拯救這場浩劫。她在“最無用”的部門里，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。沒有她，就沒有阿姆斯特朗的一小步和人類的一大步。

　　瑪格麗特·希菲爾德·漢密爾頓，1936 年出生于一個美國普通家庭。她從小就是典型的“別人家的孩子”，成績優異，性格溫和。高中畢業后，她就順利考上大學，主修數學。

　　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，大學畢業后她成了一名老師，教數學和法語。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。等到丈夫學成后，瑪格麗特才有機會繼續深造，再讀一個抽象數學的學位。

　　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。

　　最初，她負責編寫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。)

　　在上個世紀 60 年代，程序員可沒有今日這么風光，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不折不扣的異類。

　　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。

　　在那個年代，并不是敲敲鍵盤就能寫出代碼那么簡單。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。在確認無誤后，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里，當銅線穿過磁芯代表1，繞過磁芯則代表0。

　　然而這些都還不是最難的。那個年代正是程序的“開荒期”，軟件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。所以要想為一個軟件編程，至少要學好幾套匯編語言。

　　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。

　　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，為登月飛船寫程序。在阿波羅計劃的最初，好像并沒有“軟件”什么事。就連在原始檔案列出的阿波羅任務的各項需求中，竟從頭到尾都沒有提到軟件這個詞，更別提預算什么的。

　　之后隨著阿波羅項目逐漸啟動，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軟件編程部的部長。

　　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，最后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，宇航員操作出了什么差池，還有挽回的地步。

　　但是當時所有人都覺得宇航員是受過嚴格訓練，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注“不要在飛行中選擇 P01 模式”。

　　但是可怕的事情，還是發生了。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，宇航員 Jim Lovell 還是在無意間按下了 P01 模式。這個模式的啟動后，所有導航數據都會被清空。

　　這樣下去，飛船將無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，決策者也十萬火急地打電話到瑪格麗特那，讓她想一個補救的辦法。

　　于是，瑪格麗特也馬上帶著 MIT 的一群程序員，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，就是這么一個關鍵的時刻，危機還是發生了。

　　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，而臨時存儲的空間就更小了，只有 1024 字節。

　　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。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。

　　原因是她首創的“異步處理程序”，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。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么重要的計算。

　　那時瑪格麗特就考慮到，當大量數據涌入電腦，系統扛不住時應該怎么辦。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。

　　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。

　　瑪格麗特拯救人類的登月計劃時，年齡不過 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”一詞來稱呼包括自己在內的程序員。

　　她說：“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 NASA 出來創建自己的公司，繼續在軟件行業努力。

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

　　回顧那段從零開始的程序員生活，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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