宇航員不信IBM計算機，卻篤信“這個女孩”的驗算

在美國太空探索的宏大敘事背后，有這樣一群曾長期被忽略的非裔美國女性。而且，她們不只是參與者，更是不可或缺的奠基人。

在半個多世紀前，世界上最前沿的航天探索，依賴的還是最原始的工具：紙，筆，和聰明的大腦。在那個年代，Computer說的不一定是機器，也可以是一個職位。當時就有一群被稱作“人力計算機”的杰出女性，她們用手計算的軌跡，是決定宇航員能否返航的最后一道保障。

凱瑟琳·約翰遜就是其中最傳奇的人物。2024年9月18日，她獲得美國國會金質獎章，這是美國國會授予的最高平民榮譽。表彰理由是她作為數學家為美國航天事業所作的杰出貢獻。通過一次次無可辯駁的精準計算，她從一個被隔離在幕后的黑人計算員，成為了工程師和宇航員們在探索未知時，最信賴的數學大腦。

數學家凱瑟琳·約翰遜因其對航天工業的影響，被追授美國國會金質獎章 | 圖源：West Virginia State University

撰文 | 陳小美

1962年，美國第一位環繞地球飛行的宇航員約翰·格倫（John Glenn）即將升空。面對控制中心里那臺占據了整個房間、代表著未來的IBM計算機，他卻下達了一道有些復古的指令：“讓那個女孩再算一遍。”

格倫口中的“女孩”，就是凱瑟琳·約翰遜（Katherine Johnson）。在NASA的早期歲月里，她和她大腦中的計算，是許多關鍵任務的最后一道保險。從艾倫·謝潑德（Alan Shepard）的首次太空飛行，到阿波羅11號的登月，再到阿波羅13號的緊急返航，背后都有她用紙筆算出的精準軌跡。

但在之后的幾十年里，她的名字始終隱于幕后。凱瑟琳·約翰遜是一位非裔美國女性，在那個種族隔離依然盛行的年代，她工作的場所、就餐的地點、甚至使用的咖啡壺，都必須和她的白人男同事嚴格分開。

而就是這樣一位在種族和性別雙重歧視中堅持工作的女性，用她的數學能力為人類偉大的太空探索事業做出了不可磨滅的貢獻。

她的故事，講述的是如何用筆、尺和超凡的數學頭腦，將人類送入太空；這個故事也關于她如何用同樣精確和堅定的方式，為自己和像她一樣的人，在一個充滿偏見的體系里，計算出一條通往尊重與平等的道路。
一個熱愛數學的女性

1918年，凱瑟琳·約翰遜出生于西弗吉尼亞州的白硫磺泉鎮（White Sulphur Springs）。從小，她就對數字有一種近乎本能的親近感。她后來回憶說，自己會數所有東西：走去教堂的步數、洗碗時盤子的數量……

這種天賦很快就遇到了時代和環境的障礙。她所在的格林布里爾縣（Greenbrier County），當時只為非裔美國兒童提供到八年級的教育。再往上的公立高中，大門只對白人學生敞開。

面對這堵制度性的高墻，她的父親做出了一個在當時看來極為大膽的決定。他是一名伐木工、勤雜工和農夫，自己只讀到六年級，但他決心讓自己的孩子接受最好的教育。每年秋季開學時，他都會把家從白硫磺泉鎮，搬到約200公里外的西弗吉尼亞州學院鎮（Institute）。

一家人將在那里度過整個學年，只為讓凱瑟琳和她的兄弟姐妹能進入西弗吉尼亞州立學院（West Virginia State College）校園內附屬的黑人高中。到了夏天，再搬回白硫磺泉鎮。這種鐘擺式的遷徙，是整個家庭為凱瑟琳的天賦付出的巨大投入。

凱瑟琳沒有辜負這份期望。她14歲就讀完高中，18歲便以最高榮譽從西弗吉尼亞州立學院畢業，獲得了數學和法語雙學位。大學期間，她的才華被數學家威廉·克雷托博士（Dr. W. W. Schieffelin Claytor）發現，后者是當時美國第三位獲得數學博士學位的非裔美國人。克雷托博士為凱瑟琳量身定做了高級數學課程，甚至專門為她開設了一門解析幾何課，并鼓勵她成為一名研究數學家。

1939年，西弗吉尼亞學院決定首次向非裔美國學生開放研究生課程。在州長和校長的共同推動下，凱瑟琳成為這所高校挑選出來的三名黑人學生之一，也是其中唯一一名女性。這本是她通往研究型數學家道路上的一大步，但一個學期后，她選擇離開學校，與丈夫組建家庭，成為一名教師。

在那個年代，對于一位才華橫溢的非裔女性來說，成為一名教師或護士，幾乎是當時社會能為她提供的職業天花板。通往星辰大海的道路，似乎已經對她關閉了。

圖：1949年，凱瑟琳與她的三個孩子，當時她還未投入航天事業丨來源：凱瑟琳·約翰遜基金會官網

計算員的誕生

1952年，凱瑟琳的生活迎來轉機。她從親戚那里聽說，美國國家航空咨詢委員會（NACA，NASA的前身）正在弗吉尼亞州漢普頓（Hampton）的蘭利研究中心招聘數學家。她立刻抓住了這個機會。第二年，35歲的凱瑟琳帶著三個女兒，正式加入了蘭利中心的“西區計算組”（West Area Computing）。

她的職位是“計算員”（Computer）。在電子計算機普及之前，這些“人力計算機”就是航空航天工程的大腦。她們的工作是處理從風洞實驗和飛行測試中獲得的海量原始數據，用計算尺、機械計算器和大腦，進行日復一日的繁復計算，為工程師們提供可用的分析結果。

1962年，凱瑟琳于NASA蘭利研究中心丨來源：NASA

凱瑟琳進入的是一個被嚴格隔離的世界。當時的弗吉尼亞州仍在實行“吉姆·克勞法”（Jim Crow laws），種族隔離是公開的社會準則。西區計算組是專為非裔美國女性設立的，她們在與白人同事完全隔離的環境中工作、吃飯、使用衛生間。

但凱瑟琳的性格，不允許她被這些有形或無形的墻所限制。她不僅想知道“算什么”，更想知道“為什么算”。

入職僅兩周后，她就被臨時調派到一個全由白人男性組成的飛行研究部門。按照慣例，計算員們完成數據分析后，就應該回到西區計算組，她們無權參與工程師的內部會議。但凱瑟琳拒絕遵循這條潛規則。她想知道自己的計算結果將如何被使用，想了解整個項目的全貌。

于是，她開始主動要求參加部門的會議和簡報會。起初，她遭到了拒絕。“女人不參加會議，”她的男上司說。凱瑟琳沒有退縮，她持續地提問，并以一個簡單而有力的問題作為回應：“有法律禁止嗎？”

沒有法律禁止。面對這個邏輯上無法反駁的質問，她的上司最終只能讓步。凱瑟琳的堅持，為她自己，也為后來的女性，推開了一扇緊閉的大門。她用同樣的方式對待日常的歧視，她拒絕使用“有色人種”衛生間，而是選擇使用離她辦公桌更近的白人衛生間。久而久之，當人們發現她的工作無可挑剔，她的存在不可或缺時，那些歧視性的標志和言語，便在她面前悄悄消失了。

她不卑不亢的堅持，是她改變規則的方式。
飛向太空的軌跡

1957年，蘇聯成功發射了第一顆人造衛星“斯普特尼克號”（Sputnik），太空競賽的序幕被正式拉開。第二年，NACA重組為美國國家航空航天局（NASA），其使命也從航空研究轉向了更宏大的目標：將人類送入太空。

凱瑟琳·約翰遜的工作性質也隨之發生了根本性的變化。她從一個處理飛行數據的計算員，一躍成為太空任務軌跡分析部門的核心成員。

她的第一個重要任務是為1961年美國首位宇航員艾倫·謝潑德（Alan Shepard）的亞軌道飛行計算彈道。當謝潑德乘坐“自由7號”飛船進入太空，并在15分鐘后精準濺落在大西洋上時，凱瑟琳的計算被證明是完美的。

但真正讓她成為傳奇的，是約翰·格倫的環地球軌道飛行任務。

1962年，NASA準備使用IBM大型計算機來計算格倫的飛行軌道。這是NASA首次在載人航天任務中全面依賴電子計算機。但對于這項新興技術，所有人都心存疑慮，尤其是將要賭上性命的宇航員本人。在發射前的最后準備階段，格倫明確表示，需要“那個女孩”親手驗證過計算機的數據。

這個要求傳到了凱瑟琳這里。她花了一天半的時間，用紙、筆和一臺機械計算器，從發射、入軌、環繞地球三圈，到再入大氣層和最終濺落，一步步重新計算了整個軌道。當她最終提交了與IBM計算機完全吻合的結果時，控制中心的所有人才真正松了一口氣。

“如果她說沒問題，”格倫后來說，“那我就準備好了。”凱瑟琳的人腦計算，成為了人類信任機器的最后一道保險。

隨著太空競賽進入白熱化的登月階段，凱瑟琳的角色變得更加關鍵。在阿波羅計劃中，她負責計算登月艙和指令服務艙在月球軌道上的交會對接軌跡。這是整個任務中最復雜、最不容有失的一環。一旦計算出錯，登月艙上的宇航員將可能被永遠困在月球軌道上，無法返回指令艙，也就無法回家。凱瑟琳后來形容這項工作是最難的，因為“那里的引力、運動軌跡都和地球完全不同”。

1969年7月20日，當阿姆斯特朗在月球上邁出"個人的一小步"時，凱瑟琳正在波科諾山（Pocono Mountains）參加一個會議。她和許多人一起，圍在一臺小小的黑白電視機前，看著自己計算出的軌跡，將人類安全地送達了月球。

而在1970年的阿波羅13號任務中，她的計算能力再次經受了生死考驗。當飛船在太空中發生爆炸，宇航員們不得不關閉大部分電子設備，依靠登月艙作為救生艇返回地球時，凱瑟琳在地面上參與了緊急救援工作。她協助計算了在動力和資源都極其有限的情況下，那條唯一可能實現的安全返航軌道。

盡管做出了這些決定性的貢獻，凱瑟琳在專業上得到認可也并非一帆風順。在很長一段時間里，研究報告的作者署名里從來不會出現女性計算員的名字。

凱瑟琳再一次發起了挑戰。她堅持認為，既然報告里的工作是她完成的，她的名字就應該出現在上面。最終，她成為了她所在部門里，第一位在研究報告上獲得署名權的女性。

通過一次次無可辯駁的精準計算，她從一個被隔離在幕后的黑人計算員，成為了工程師和宇航員們在探索未知時，最信賴的數學大腦。

第一份署有凱瑟琳名字的NASA報告丨來源：NASA
超越數字的遺產

登月計劃的輝煌過后，凱瑟琳·約翰遜的工作仍在繼續。她將自己的計算能力投入到了新的航天項目中，包括更為復雜的航天飛機計劃，以及后來的地球資源衛星（ERTS，后更名為Landsat）項目。在蘭利研究中心，她一共工作了33年，直至1986年才正式退休。

退休后的很長一段時間里，她的故事和貢獻，除了在NASA內部和相關領域的專家中流傳，并不為大眾所熟知。但從21世紀初開始，遲來的榮譽接踵而至。

圖：約翰遜于 2015 年獲得總統自由勛章——美國最高的平民獎項丨來源：維基百科

2015年，97歲的凱瑟琳·約翰遜從時任美國總統奧巴馬手中，接過了總統自由勛章。這是美國平民能獲得的最高榮譽。奧巴馬在授勛時評價她：“一位先驅者，她打破了種族和性別的壁壘，向數代年輕人展示了，只要你堅持，每個人都能達到更高的高度。”

第二年，NASA以她的名字命名了一座新的計算研究中心。2017年，一部名為《隱藏人物》（Hidden Figures）的電影上映，將她和她的同事多蘿西·沃恩（Dorothy Vaughan）、瑪麗·杰克遜（Mary Jackson）的故事搬上了大銀幕。

這部電影在全球范圍內引起了巨大反響。人們第一次如此清晰地看到，在美國太空探索的宏大敘事背后，竟有這樣一群被忽略了的非裔美國女性。她們不只是參與者，她們是不可或缺的奠基人。

圖｜以航天飛機造型的蛋糕慶祝99歲生日 來源：凱瑟琳·約翰遜基金會官網

凱瑟琳·約翰遜于2020年去世。她的遺產，早已超越了那些復雜的數學計算。她的職業生涯本身，就是一座燈塔。它向世界證明了，才華和智慧不分膚色與性別。她用一生，為后來的無數女性和少數族裔，在通往科學、技術、工程和數學（STEM）領域的道路上，計算出了一條充滿希望的軌跡。她讓人們看到，即使身處最不平等的環境，一個人依然可以通過專業、堅持和勇氣，為自己贏得一席之地，并改變世界。

參考文獻

[1] https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/langley/katherine-johnson-biography/

[2] https://historyswomen.com/1st-women/katherine-johnson/#page-bottom

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Katherine_Johnson

[4] https://www.nasa.gov/learning-resources/katherine-johnson-a-lifetime-of-stem/

[5] https://www.katherinejohnsonfoundation.org/biography/

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