将美国送上太空的“隐藏数学家”Joyce Neighbors

二战结束后,几乎每个国家都争先恐后地谋求德国火箭技术和从事该技术研究的科学家,美国和苏联瓜分了大部分“战利品”。几乎一夜间,俄国人就将2000多名德国科学家和技术人员转移到苏联,美国人也带回了1600人规模的德国团队,其中就包括大名鼎鼎的沃纳·冯·布劳恩(Wernher von Braun)。

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按照冯·布劳恩说法,他在1939年不情愿的加入纳粹只是为了避免丢掉工作,但档案显示他实际上在1937年就加入了纳粹。即便身为德国火箭和导弹计划的领导核心,当希姆莱向他授予党卫队中尉军衔时,冯·布劳恩仍旧声称自己别无选择只能接受。

当然,无论布劳恩是否自愿成为一名纳粹分子,他在火箭设计领域的“魔力”都足以让他免遭战后的清算。布劳恩和他的团队被派往美国陆军白沙导弹试验场(WSMR)。在那里,他们对美国人员进行火箭和导弹技术方面的培训。第一枚V-2于1946年在白沙试验场试射时,《生活》杂志用整整五页的篇幅进行了专题报道。

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虽然布劳恩本人更想要探索太空,甚至登陆月球,但是当时的美国政府对航天计划并没有什么兴趣,他们更看重布劳恩设计V2火箭的履历,要求他继续为美军设计洲际导弹。

然而,1957年10月4日,刚从熟睡中醒来的美国人在震惊中得知苏联同行已将第一颗人造卫星送入轨道。仅仅一个月后,苏联的第二颗人造卫星又载着一只名叫莱卡 (Laika) 的流浪狗环游地球。俄国人的成功极大地刺激了美国人,他们终于想起了布劳恩,迫不及待的要求他尽快把美国的航天器也送上太空。

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1956年,也就是苏联人造卫星发射的前一年,一个名叫 Joyce Neighbors 的年轻人加入了冯·布劳恩的团队。Joyce 本科就读于奥本大学,主修数学学位并辅修物理。在加入布劳恩的团队之前,她刚刚获得了阿拉巴马大学的工程物理硕士学位。1956年加入陆军弹道导弹局(ABMA),使她成为冯·布劳恩团队中的第一位女科学家。

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布劳恩火箭团队的任务是设计一个发射系统,将卫星送入轨道。他们的方法是在现有的红石导弹基础上加以修改,并将其命名为火星C运载火箭(Jupiter-C)。火箭的第一级是现有的红石导弹,第二级由11个固体燃料发动机组成,第三季则是一个小型的火箭发动机。与此同时,火箭搭载的卫星被命名为探索者一号。卫星有效载荷和火箭的二级阶段则由加州的喷气推进实验室(JPL)负责建造,在那里也有一群由 Macie Roberts 领导的黑人女计算师负责计算任务参数。

NASA 黑人女计算师的故事在2016年被好莱坞搬上荧幕,在高性能计算机问世以前,NASA 航天器的轨道计算几乎都是由女计算师们完成的。

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起初,艾森豪威尔更青睐海军的“先锋 Vanguard”运载火箭方案。然而,先锋火箭在发射台上爆炸。陆军的火星C运载火箭成为了唯一的希望。

Joyce 团队在整个计划中负责计算木星C火箭的准确飞行路径以及飞行曲线的最高点,因为二级火箭只有在那一刻点火,才能保证将卫星准确送入轨道。

反之,一切都会失败。这是一项极为棘手的任务:它取决于火箭燃料的重量和燃烧率以及发动机的性能,然而在人类航天事业早期,这些指标统统没有标准化。尽管面临挑战,Joyce 还是认为她的团队能够胜任这项工作。他们的计算帮助最终确定了飞行路线,并于1958年1月31日,探索者1号顺利升空。

探索者1号发射的正时和点火顺序

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多年以后,当 Joyce 被问及卫星入轨的那一刻时,她只是说:“非常成功。”轨道比预期要高一些,但探索者1号不仅成功绕地球运行,甚至在科研方面也获得了圆满成功:探测了地球周围的带电粒子区域。这些辐射带后来被称为范·艾伦辐射带,以纪念探索者1号任务的首席科学家詹姆斯·范·艾伦 (James van Allen)。

探索者1号的成功帮助美国人找回了被苏联打击到的士气。各种新闻片令人眼花缭乱地报道了美国第一颗太空卫星的消息。冯·布劳恩、范·艾伦和喷气推进实验室负责人威廉·皮克林(William Pickering)的照片纷纷出现在报纸和杂志的头条封面上。然而,Joyce 和 JPL 的女性计算师团队却从未成为镁光灯的宠儿。

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虽然整个太空计划团队内部都认可 Joyce 的重大贡献,但当“主要功臣们”在任务完成表上签名时,Joyce 只能以名字首字母+姓氏的形式出现在冯·布劳恩的后面。即便如此,这也已经是破例得来的殊荣,因为当时的舆论认为在如此重要的场合出现女性的名字会影响文件的可信度。真正讽刺的是,彼时人们更愿意对一个前纳粹分子的名字大加赞扬,也不想女科学家的名字得到彰显。

今日“探索宇宙”科研

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