宇航员不信IBM计算机，却笃信“这个女孩”的验算

在美国太空探索的宏大叙事背后，有这样一群曾长期被忽略的非裔美国女性。而且，她们不只是参与者，更是不可或缺的奠基人。

在半个多世纪前，世界上最前沿的航天探索，依赖的还是最原始的工具：纸，笔，和聪明的大脑。在那个年代，Computer说的不一定是机器，也可以是一个职位。当时就有一群被称作“人力计算机”的杰出女性，她们用手计算的轨迹，是决定宇航员能否返航的最后一道保障。

凯瑟琳·约翰逊就是其中最传奇的人物。2024年9月18日，她获得美国国会金质奖章，这是美国国会授予的最高平民荣誉。表彰理由是她作为数学家为美国航天事业所作的杰出贡献。通过一次次无可辩驳的精准计算，她从一个被隔离在幕后的黑人计算员，成为了工程师和宇航员们在探索未知时，最信赖的数学大脑。

数学家凯瑟琳·约翰逊因其对航天工业的影响，被追授美国国会金质奖章 | 图源：West Virginia State University

撰文 | 陈小美

1962年，美国第一位环绕地球飞行的宇航员约翰·格伦（John Glenn）即将升空。面对控制中心里那台占据了整个房间、代表着未来的IBM计算机，他却下达了一道有些复古的指令：“让那个女孩再算一遍。”

格伦口中的“女孩”，就是凯瑟琳·约翰逊（Katherine Johnson）。在NASA的早期岁月里，她和她大脑中的计算，是许多关键任务的最后一道保险。从艾伦·谢泼德（Alan Shepard）的首次太空飞行，到阿波罗11号的登月，再到阿波罗13号的紧急返航，背后都有她用纸笔算出的精准轨迹。

但在之后的几十年里，她的名字始终隐于幕后。凯瑟琳·约翰逊是一位非裔美国女性，在那个种族隔离依然盛行的年代，她工作的场所、就餐的地点、甚至使用的咖啡壶，都必须和她的白人男同事严格分开。

而就是这样一位在种族和性别双重歧视中坚持工作的女性，用她的数学能力为人类伟大的太空探索事业做出了不可磨灭的贡献。

她的故事，讲述的是如何用笔、尺和超凡的数学头脑，将人类送入太空；这个故事也关于她如何用同样精确和坚定的方式，为自己和像她一样的人，在一个充满偏见的体系里，计算出一条通往尊重与平等的道路。
一个热爱数学的女性

1918年，凯瑟琳·约翰逊出生于西弗吉尼亚州的白硫磺泉镇（White Sulphur Springs）。从小，她就对数字有一种近乎本能的亲近感。她后来回忆说，自己会数所有东西：走去教堂的步数、洗碗时盘子的数量……

这种天赋很快就遇到了时代和环境的障碍。她所在的格林布里尔县（Greenbrier County），当时只为非裔美国儿童提供到八年级的教育。再往上的公立高中，大门只对白人学生敞开。

面对这堵制度性的高墙，她的父亲做出了一个在当时看来极为大胆的决定。他是一名伐木工、勤杂工和农夫，自己只读到六年级，但他决心让自己的孩子接受最好的教育。每年秋季开学时，他都会把家从白硫磺泉镇，搬到约200公里外的西弗吉尼亚州学院镇（Institute）。

一家人将在那里度过整个学年，只为让凯瑟琳和她的兄弟姐妹能进入西弗吉尼亚州立学院（West Virginia State College）校园内附属的黑人高中。到了夏天，再搬回白硫磺泉镇。这种钟摆式的迁徙，是整个家庭为凯瑟琳的天赋付出的巨大投入。

凯瑟琳没有辜负这份期望。她14岁就读完高中，18岁便以最高荣誉从西弗吉尼亚州立学院毕业，获得了数学和法语双学位。大学期间，她的才华被数学家威廉·克雷托博士（Dr. W. W. Schieffelin Claytor）发现，后者是当时美国第三位获得数学博士学位的非裔美国人。克雷托博士为凯瑟琳量身定做了高级数学课程，甚至专门为她开设了一门解析几何课，并鼓励她成为一名研究数学家。

1939年，西弗吉尼亚学院决定首次向非裔美国学生开放研究生课程。在州长和校长的共同推动下，凯瑟琳成为这所高校挑选出来的三名黑人学生之一，也是其中唯一一名女性。这本是她通往研究型数学家道路上的一大步，但一个学期后，她选择离开学校，与丈夫组建家庭，成为一名教师。

在那个年代，对于一位才华横溢的非裔女性来说，成为一名教师或护士，几乎是当时社会能为她提供的职业天花板。通往星辰大海的道路，似乎已经对她关闭了。

图：1949年，凯瑟琳与她的三个孩子，当时她还未投入航天事业丨来源：凯瑟琳·约翰逊基金会官网

计算员的诞生

1952年，凯瑟琳的生活迎来转机。她从亲戚那里听说，美国国家航空咨询委员会（NACA，NASA的前身）正在弗吉尼亚州汉普顿（Hampton）的兰利研究中心招聘数学家。她立刻抓住了这个机会。第二年，35岁的凯瑟琳带着三个女儿，正式加入了兰利中心的“西区计算组”（West Area Computing）。

她的职位是“计算员”（Computer）。在电子计算机普及之前，这些“人力计算机”就是航空航天工程的大脑。她们的工作是处理从风洞实验和飞行测试中获得的海量原始数据，用计算尺、机械计算器和大脑，进行日复一日的繁复计算，为工程师们提供可用的分析结果。

1962年，凯瑟琳于NASA兰利研究中心丨来源：NASA

凯瑟琳进入的是一个被严格隔离的世界。当时的弗吉尼亚州仍在实行“吉姆·克劳法”（Jim Crow laws），种族隔离是公开的社会准则。西区计算组是专为非裔美国女性设立的，她们在与白人同事完全隔离的环境中工作、吃饭、使用卫生间。

但凯瑟琳的性格，不允许她被这些有形或无形的墙所限制。她不仅想知道“算什么”，更想知道“为什么算”。

入职仅两周后，她就被临时调派到一个全由白人男性组成的飞行研究部门。按照惯例，计算员们完成数据分析后，就应该回到西区计算组，她们无权参与工程师的内部会议。但凯瑟琳拒绝遵循这条潜规则。她想知道自己的计算结果将如何被使用，想了解整个项目的全貌。

于是，她开始主动要求参加部门的会议和简报会。起初，她遭到了拒绝。“女人不参加会议，”她的男上司说。凯瑟琳没有退缩，她持续地提问，并以一个简单而有力的问题作为回应：“有法律禁止吗？”

没有法律禁止。面对这个逻辑上无法反驳的质问，她的上司最终只能让步。凯瑟琳的坚持，为她自己，也为后来的女性，推开了一扇紧闭的大门。她用同样的方式对待日常的歧视，她拒绝使用“有色人种”卫生间，而是选择使用离她办公桌更近的白人卫生间。久而久之，当人们发现她的工作无可挑剔，她的存在不可或缺时，那些歧视性的标志和言语，便在她面前悄悄消失了。

她不卑不亢的坚持，是她改变规则的方式。
飞向太空的轨迹

1957年，苏联成功发射了第一颗人造卫星“斯普特尼克号”（Sputnik），太空竞赛的序幕被正式拉开。第二年，NACA重组为美国国家航空航天局（NASA），其使命也从航空研究转向了更宏大的目标：将人类送入太空。

凯瑟琳·约翰逊的工作性质也随之发生了根本性的变化。她从一个处理飞行数据的计算员，一跃成为太空任务轨迹分析部门的核心成员。

她的第一个重要任务是为1961年美国首位宇航员艾伦·谢泼德（Alan Shepard）的亚轨道飞行计算弹道。当谢泼德乘坐“自由7号”飞船进入太空，并在15分钟后精准溅落在大西洋上时，凯瑟琳的计算被证明是完美的。

但真正让她成为传奇的，是约翰·格伦的环地球轨道飞行任务。

1962年，NASA准备使用IBM大型计算机来计算格伦的飞行轨道。这是NASA首次在载人航天任务中全面依赖电子计算机。但对于这项新兴技术，所有人都心存疑虑，尤其是将要赌上性命的宇航员本人。在发射前的最后准备阶段，格伦明确表示，需要“那个女孩”亲手验证过计算机的数据。

这个要求传到了凯瑟琳这里。她花了一天半的时间，用纸、笔和一台机械计算器，从发射、入轨、环绕地球三圈，到再入大气层和最终溅落，一步步重新计算了整个轨道。当她最终提交了与IBM计算机完全吻合的结果时，控制中心的所有人才真正松了一口气。

“如果她说没问题，”格伦后来说，“那我就准备好了。”凯瑟琳的人脑计算，成为了人类信任机器的最后一道保险。

随着太空竞赛进入白热化的登月阶段，凯瑟琳的角色变得更加关键。在阿波罗计划中，她负责计算登月舱和指令服务舱在月球轨道上的交会对接轨迹。这是整个任务中最复杂、最不容有失的一环。一旦计算出错，登月舱上的宇航员将可能被永远困在月球轨道上，无法返回指令舱，也就无法回家。凯瑟琳后来形容这项工作是最难的，因为“那里的引力、运动轨迹都和地球完全不同”。

1969年7月20日，当阿姆斯特朗在月球上迈出"个人的一小步"时，凯瑟琳正在波科诺山（Pocono Mountains）参加一个会议。她和许多人一起，围在一台小小的黑白电视机前，看着自己计算出的轨迹，将人类安全地送达了月球。

而在1970年的阿波罗13号任务中，她的计算能力再次经受了生死考验。当飞船在太空中发生爆炸，宇航员们不得不关闭大部分电子设备，依靠登月舱作为救生艇返回地球时，凯瑟琳在地面上参与了紧急救援工作。她协助计算了在动力和资源都极其有限的情况下，那条唯一可能实现的安全返航轨道。

尽管做出了这些决定性的贡献，凯瑟琳在专业上得到认可也并非一帆风顺。在很长一段时间里，研究报告的作者署名里从来不会出现女性计算员的名字。

凯瑟琳再一次发起了挑战。她坚持认为，既然报告里的工作是她完成的，她的名字就应该出现在上面。最终，她成为了她所在部门里，第一位在研究报告上获得署名权的女性。

通过一次次无可辩驳的精准计算，她从一个被隔离在幕后的黑人计算员，成为了工程师和宇航员们在探索未知时，最信赖的数学大脑。

第一份署有凯瑟琳名字的NASA报告丨来源：NASA
超越数字的遗产

登月计划的辉煌过后，凯瑟琳·约翰逊的工作仍在继续。她将自己的计算能力投入到了新的航天项目中，包括更为复杂的航天飞机计划，以及后来的地球资源卫星（ERTS，后更名为Landsat）项目。在兰利研究中心，她一共工作了33年，直至1986年才正式退休。

退休后的很长一段时间里，她的故事和贡献，除了在NASA内部和相关领域的专家中流传，并不为大众所熟知。但从21世纪初开始，迟来的荣誉接踵而至。

图：约翰逊于 2015 年获得总统自由勋章——美国最高的平民奖项丨来源：维基百科

2015年，97岁的凯瑟琳·约翰逊从时任美国总统奥巴马手中，接过了总统自由勋章。这是美国平民能获得的最高荣誉。奥巴马在授勋时评价她：“一位先驱者，她打破了种族和性别的壁垒，向数代年轻人展示了，只要你坚持，每个人都能达到更高的高度。”

第二年，NASA以她的名字命名了一座新的计算研究中心。2017年，一部名为《隐藏人物》（Hidden Figures）的电影上映，将她和她的同事多萝西·沃恩（Dorothy Vaughan）、玛丽·杰克逊（Mary Jackson）的故事搬上了大银幕。

这部电影在全球范围内引起了巨大反响。人们第一次如此清晰地看到，在美国太空探索的宏大叙事背后，竟有这样一群被忽略了的非裔美国女性。她们不只是参与者，她们是不可或缺的奠基人。

图｜以航天飞机造型的蛋糕庆祝99岁生日 来源：凯瑟琳·约翰逊基金会官网

凯瑟琳·约翰逊于2020年去世。她的遗产，早已超越了那些复杂的数学计算。她的职业生涯本身，就是一座灯塔。它向世界证明了，才华和智慧不分肤色与性别。她用一生，为后来的无数女性和少数族裔，在通往科学、技术、工程和数学（STEM）领域的道路上，计算出了一条充满希望的轨迹。她让人们看到，即使身处最不平等的环境，一个人依然可以通过专业、坚持和勇气，为自己赢得一席之地，并改变世界。

参考文献

[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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