她的一串代码让人类登月,两次化解航天灾难,是程序员永恒的女神

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9月15日,土星探测仪卡西尼已宣告自毁成功,完成了人类探索土星的悲壮史命。


但伟大归伟大,其实在卡西尼身上也发生过让人哭笑不得的错误。

图:卡西尼-惠更斯号,那口金色的“锅”便是惠更斯

当年的卡西尼身上还带着一枚用于探测土卫六(也称泰坦星,土星卫星中最大的一个)的“惠更斯”号探测器


当时“卡西尼-惠更斯”号非常完美地登陆了土卫六,但是地面却一直没有收到仪器传来的数据。

图:惠更斯号登陆模拟图

经彻查后,结果让所有人大跌眼镜,原因竟是地面控制员忘了按启动接收按钮。

最后这个小失误导致了大量的数据丢失,包括原本应收到的700张珍贵图片,最后也只剩下350张。


设计者大卫·阿特金森十八年的努力就这样功亏一篑,而惠更斯号则得名卡西尼的“猪队友”。

图:卧薪尝胆18年的大卫·阿特金森

其实类似这种事情,在航天史上从来没少发生。

人为错误确实低级,但却难以避免。


像执行人类第一次登月任务的阿波罗计划,也曾经因为一个按钮的事,差点导致机毁人亡。


但幸运的是,那次有一位“女程序员”挺身而出,拯救这场浩劫。

她在“最无用”的部门里,却做了最有用的事情。


只是当年极少人意识到她的贡献,到现在她的故事才被重新提起。

没有她,就没有阿姆斯特朗的一小步和人类的一大步。

图:玛格丽特·希菲尔德·汉密尔顿

玛格丽特·希菲尔德·汉密尔顿,1936年出生于一个美国普通家庭。


她从小就是典型的“别人家的孩子”,成绩优异,性格温和。

高中毕业后,她就顺利考上大学,主修数学。


在那里她也结识了詹姆斯·汉密尔顿,成了汉密尔顿太太。

很自然地,大学毕业后她成了一名老师,教数学和法语。

那时,她的丈夫汉密尔顿还在哈佛法学院继续深造。

所以一边工作的她,还主动承担起了所有的家务。


等到丈夫学成后,玛格丽特才有机会继续深造,再读一个抽象数学的学位。


然而,他们小两口的生活并不富裕。

为了帮补家用,1962年玛格丽特也额外找了一份在MIT仪表实验室的临时编码工作。


也就是这个决定,让她一脚踏入了程序的殿堂。

最初,她负责编写在计算机上运行的天气预报软件。

但因为工作异常出色,很快就获得了转正资格,并加入著名的林肯实验室。


那时,她的工作任务也从简单的程序变到为美国军方的“赛其”(SAGE)系统*写代码。


*注:“赛其”系统,被称为国际互联网的鼻祖,也是阿帕网的前身,主要目的是在冷战时期侦查苏联有可能发起的核攻击。

图:1962年,玛格丽特参加SAGE项目时期的照片

在上个世纪60年代,程序员可没有今日这么风光,连“程序猿”都比不上,更别提“软件工程师”这样响亮的头衔。


和今日科技圈少有的女码农一样,当年的玛格丽特就是一个不折不扣的异类。


虽然名不正言不顺,但当年程序员们的工作可比现在复杂上几十倍。

图:玛格丽特在打字机上打出的代码

在那个年代,并不是敲敲键盘就能写出代码那么简单。


玛格丽特首先需要将代码用打字机写到纸上,连Debug(排错)的功能都只能靠脑力检查。


在确认无误后,这些信息才会交给一群精通针线活的“小老太太”(Little Old Ladies)。


她们会像绣花一样用磁环把信息编到内存里,当铜线穿过磁芯代表1,绕过磁芯则代表0。

图:小老太太们被雇佣来专门将程序写入电脑

然而这些都还不是最难的。


那个年代正是程序的“开荒期”,软件工程也不是一个拿捏得十分准确的领域,很多东西还未统一。


所以要想为一个软件编程,至少要学好几套汇编语言。


而刚进去的玛格丽特更像一块白纸,还需要面对各种棘手的程序,任谁都得崩溃。

但也正是这些五花八门的难题,激起了对编程的无限兴趣。

图:玛格丽特正在手动编程

随着日渐丰富的编程经验,玛格丽特也慢慢成了系统编程的专家。


而另一边肯尼迪也在1961年发起的阿波罗登月计划,这就成了玛格丽特人生重要的转折点。


那时的她也加入到了阿波罗计划,为登月飞船写程序。

在阿波罗计划的最初,好像并没有“软件”什么事。


就连在原始档案列出的阿波罗任务的各项需求中,竟从头到尾都没有提到软件这个词,更别提预算什么的。


之后随着阿波罗项目逐渐启动,NASA才意识到软件的重要,逐渐把软件团队扩大到400人。

在1965年,玛格丽特也成了整个软件编程部的部长。

随着责任变重,玛格丽特的压力也越来越大。


有一次她甚至还做梦见到,新闻头条是阿波罗坠毁,最后追查下来竟是自己的程序有误。


当时她从梦中惊醒,就连夜跑回实验室,竟然还真的在程序中发现了一个小错误并改正。

图:玛格丽特与女儿劳伦

在那段日子里她的女儿劳伦也出生了,所以特别忙的时候玛格丽特还不得不将女儿带去实验室。


她在工作的时候,小女儿就在旁边玩耍,累了就直接在地板睡觉。


身边的人都对这位“工作狂妈妈”十分不理解,常问她“你怎么忍心这么不顾自己的孩子”。

虽然心有愧疚,但她还是对神秘的程序十分痴迷,不能自拔。

一天,女儿劳伦在指令舱模拟器中玩耍。

当她在键盘上乱按时,一条错误的信息突然弹出。


原因是她不小心启动了一个叫P01的预运行程序,导致原本还在飞行状态的模拟器瞬间崩溃。


看到这种情况,玛格丽特就提议在整个系统中多加一段代码,防止类似的状况发生。


如果在飞行过程中,宇航员操作出了什么差池,还有挽回的地步。

但是当时所有人都觉得宇航员是受过严格训练,操作是完美的,“绝对不可能出错”。


再加上当年的计算机存储空间和运算能力十分有限,决策者也不想添加任何“累赘”的部分。


所以玛格丽特也无可奈何,只能在操作系统中添加了一个备注“不要在飞行中选择P01模式”


但是可怕的事情,还是发生了。

图:阿波罗8号绕月飞行轨道

1968年12月21日,人类首次绕月飞行的阿波罗8号发射。


但就在飞行的第5天,宇航员Jim Lovell还是在无意间按下了P01模式


这个模式的启动后,所有导航数据都会被清空。

这样下去,飞船将无法把宇航员送回地球,在太空中迷路是分分钟的事。

知道要出大事了,决策者也十万火急地打电话到玛格丽特那,让她想一个补救的办法。


于是,玛格丽特也马上带着MIT的一群程序员,连夜奋战了9个小时,才设计出了一个新的计划。


当时这份新的导航数据上传后,大家才松了一口气。

一切又回到正常的轨道,阿波罗8号也顺利载着宇航员返航。

这次事件后,决策者与玛格丽特都更明显地感受到软件对登月计划的重要性。


软件几乎成了美国要赢得太空竞赛的重要筹码,玛格丽特加班的频率也越来越高,时间也越来越长。


但玛格丽特最大的挑战还在后面。


就在阿波罗11号飞船即将登陆月球前的几分钟,就是这么一个关键的时刻,危机还是发生了。

登月时期,人类能用的电脑都是超小内存、计算速度极度缓慢的。


系统能永久保存的不过1.2万字节,而临时存储的空间就更小了,只有1024字节。


用玛格丽特的话来说就是“今天看起来这简直不可思议”。


所以就在阿波罗11号离月球不远处时,电脑也因过度运转,大量地弹出错误信息,系统几近崩溃。


如果电脑扛不住,飞船将毫无疑问坠毁,成为世上最“悲壮”的登月。

图:玛格丽特为阿波罗飞船写的代码与她娇小的身躯相比

但就是在这么“不可思议”的硬件条件下,玛格丽特设计的系统竟顶住所有压力。


原因是她首创的“异步处理程序”,教会了电脑如何“决择”,为阿波罗11号解决了危机,也为自己赢得了荣誉。

飞船在登月过程中,除了要控制推进外,还会进行着一系列不那么重要的计算。

那时玛格丽特就考虑到,当大量数据涌入电脑,系统扛不住时应该怎么办。


所以为了保险起见,她细心地在原有的基础上添加了这个“异步处理程序”,来解决问题。


当没有足够空间运行时,电脑最宝贵的存储空间便会留给最关键的部分,比如最重要的——让鹰号在月球登陆。


而其他低优先级的任务,如雷达交换数据任务将会被暂时切断。

每个人都看到了阿姆斯特朗在月球上的第一步。

然而,不是每个人都知道这背后,有这么一位女程序员也为女性迈出了一大步。


玛格丽特拯救人类的登月计划时,年龄不过33岁。

除了登月,这位先驱女极客还曾为广大“码农”正名,首次使用了“软件工程师”一词来称呼包括自己在内的程序员。


她说:“希望给予做软件的人们以尊重,因为他们和其他做硬件的人一样,在这个宏大的工程里各司其职。”

登月成功后,玛格丽特也功成身退,离开NASA出来创建自己的公司,继续在软件行业努力。


2003年,她也因当初的贡献获得美国宇航局对个人的最高奖励,NASA杰出太空行动奖。

2016年,她再次获得美国最高的民事荣誉总统勋章,与盖茨、乔丹同台领奖。

回顾那段从零开始的程序员生活,她说自己是世界上最幸运的人。


因为“别无选择,只能成为先驱者,没有时间成为初学者”