Margaret Hamilton - Nữ tướng của sứ mệnh

Thứ Sáu, 10/04/2020, 09:34

Sứ mệnh của tàu vũ trụ Apollo 11 cho tới nay là một thành công phi thường của nước Mỹ nói chung và nhân loại nói riêng. Vào 22h56 theo giờ EDT ngày 20/7/1969, phi hành gia người Mỹ Neil Amstrong của tàu Apollo 11 trở thành con người đầu tiên bước đi trên bề mặt của Mặt trăng. Đằng sau những kỳ tích này là một người phụ nữ nhỏ bé đầy tài năng, Margaret Hamilton.

Nhân dịp kỷ niệm ngày Hàng không Vũ trụ Thế giới (12/4), ANTG xin gửi đến bạn đọc hồ sơ về nữ khoa học gia nổi tiếng này.

Nhắc đến bà, người ta nhớ ngay đến bức ảnh chụp một người phụ nữ nhỏ bé đứng bên cạnh chồng mã viết tay cho máy tính hướng dẫn tàu vũ trụ Apollo của mình. Máy tính thời đó còn rất nhiều hạn chế về tốc độ xử lý và dung lượng ổ cứng, nên phần lớn mã nguồn vẫn phải viết bằng tay và tàu Apollo đã lên Mặt trăng rồi quay về an toàn nhờ những đoạn mã dài thủ công ấy.

Sứ mệnh Apollo từ những đôi tay

Mỹ đã đầu tư rất nhiều cho chương trình Apollo từ khi nó ra đời vào năm 1961 cho tới khi hoàn thành năm 1972, giai đoạn Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) và các đối tác thiết kế tên lửa Saturn V để đưa các phi hành gia ra khỏi quỹ đạo Trái Đất.

Margaret Hamilton đứng bên chồng giấy ghi lại đoạn mã của phần mềm điều hướng mà nhóm của bà tại MIT đã phát triển cho chương trình Apollo.

Ban đầu NASA không thực sự cho rằng phần mềm đóng vai trò quan trọng trong sứ mệnh Apollo. Giáo sư David Mindell, từng làm việc tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT), nói: “Phần mềm không nằm trong lịch trình, và cũng không có chỗ trong kế hoạch ngân sách”. Tuy nhiên, NASA sớm nhận ra rằng các nhiệm vụ sẽ thất bại nếu không có phần mềm phù hợp. Vào năm 1968, khoảng 400 lập trình viên bắt đầu làm việc trong nhóm phần mềm của Margaret Hamilton. Họ viết và thử nghiệm phần mềm cho 2 máy tính hướng dẫn Apollo, được đặt tại module chỉ huy và module Mặt trăng, hay còn gọi là Eagle (Đại bàng) để đưa các phi hành gia tới Mặt trăng và trở về Trái Đất.

Module chỉ huy được gắn vào phần đầu của module phục vụ - nơi lưu trữ vật tư, nhiên liệu và một động cơ tên lửa cỡ lớn. NASA gọi toàn bộ cấu trúc này là module chỉ huy-phục vụ (CSM). Khi rời khỏi Trái Đất, CSM mang theo module Mặt trăng. Khi nhiệm vụ hoàn thành, module mặt trăng được đưa lên quỹ đạo Mặt trăng còn CSM sử dụng động cơ tên lửa mang theo đưa các phi hành gia quay về Trái Đất trong 3 ngày.

Máy tính hướng dẫn Apollo, được đặt ở cả module chỉ huy và module Mặt trăng có nhiệm vụ hỗ trợ điều hướng và kiểm soát tàu vũ trụ, sử dụng công nghệ “bộ nhớ lõi”, với các dây được luồn qua lõi kim loại theo cách đặc biệt để lưu mã ở dạng nhị phân. Bộ nhớ lõi từ có cấu tạo gồm những vòng đệm nhỏ làm bằng vật liệu ferrite, được xâu thành chuỗi trên dây điện. Mỗi chiếc vòng có thể lưu trữ một bit, và giá trị của bit theo hệ nhị phân (0 hoặc 1) được xác định bởi hướng từ thông của chúng. Các dây điện được xỏ qua lỗ trên vòng có thể vừa nhận biết (đọc) vừa thay đổi (ghi) độ từ hóa của lõi.

Công nghệ bộ nhớ lõi từ này đã thống trị suốt hai thập niên đầu của thời Chiến tranh Lạnh. Tuy nhiên việc sản xuất nó lại là một nhiệm vụ hết sức phức tạp, đòi hỏi sự khéo léo và tinh xảo. Các lõi cực kỳ nhỏ và cần được xâu dây qua bằng những bàn tay khéo léo, với sự trợ giúp của kính lúp. Giống như nghề dệt may và phần lớn các hoạt động thủ công khác có lịch sử gắn với người phụ nữ, công việc xâu bộ nhớ lõi cũng được giao cho phái yếu.

Trong những sứ mệnh vũ trụ đầu tiên bằng phi thuyền Apollo, phần mềm trên máy tính hướng dẫn được “cài” thủ công lên một bộ lưu trữ mật độ cao có tên “core rope memory” (bộ nhớ xâu lõi), tương tự như bộ nhớ lõi từ. Để chế tạo bộ nhớ, NASA đã thuê nhiều phụ nữ lành nghề trong lĩnh vực dệt may, cũng như từ Công ty Waltham Watch Company (chuyên chế tạo đồng hồ), bởi công việc này đòi hỏi sự chính xác cực cao khi thao tác với các lõi từ. Các công nhân được bố trí ngồi đối diện nhau trên những chiếc bàn dài, xỏ dây điện qua lại theo một ma trận bao gồm các lỗ xâu vô cùng nhỏ bé, mỗi lỗ như vậy sẽ chứa một hạt lõi từ tính. Một lõi có dây xâu qua sẽ biểu diễn cho giá trị “1”, ngược lại là “0”.

Bộ nhớ xâu lõi còn có tên gọi khác là “LOL memory”, trong đó LOL là từ viết tắt của “Little Old Ladies” (những quý bà bé nhỏ), chỉ những người đã lắp ráp nên nó. Hoạt động giám sát sản xuất được thực hiện bởi các “rope mother” (dù “mother” là từ chỉ mẹ), thường là đàn ông. Tuy nhiên, sếp của “rope mother” lại là một phụ nữ, và đó là Margaret Hamilton.

Việc lập trình phần mềm cho sứ mệnh không gian vốn đã không đơn giản, và nó càng khó khăn hơn ở thời điểm những năm 1960. Hamilton và đội ngũ của mình đã phải viết tay những đoạn code trên giấu, dùng máy bấm lỗ để dập các lỗ trên giấy bìa và đưa vào máy tính để chúng đọc và làm theo chỉ dẫn.

Bà từng chia sẻ: "Phần mềm trong những ngày đầu của dự án này được coi là con riêng và không được coi trọng như các ngành kỹ thuật khác, như kỹ thuật phần cứng, và nó được coi là một nghệ thuật và như ma thuật, không phải là khoa học. Tôi luôn tin rằng cả hai, nghệ thuật và khoa học đã tham gia vào việc tạo ra nó, nhưng vào thời điểm đó, hầu hết đều nghĩ khác. Biết điều này, tôi đã chiến đấu để mang lại tính hợp pháp cho phần mềm để nó (và những người xây dựng nó) sẽ được tôn trọng và do đó tôi bắt đầu sử dụng thuật ngữ này Kỹ thuật phần mềm của máy tính để phân biệt nó với phần cứng và các loại kỹ thuật khác, tuy nhiên, coi mỗi loại kỹ thuật là một phần của quy trình kỹ thuật hệ thống tổng thể. Khi tôi mới bắt đầu sử dụng cụm từ này, nó được coi là khá thú vị. Trò đùa liên tục trong một thời gian dài. Họ thích đùa tôi về những ý tưởng cấp tiến của tôi. Phần mềm cuối cùng và nhất thiết phải có được sự tôn trọng như bất kỳ ngành học nào khác".

Một phụ nữ bình thường…

Margaret Heafield Hamilton sinh ngày 17/8/1936. Bà tốt nghiệp Trường trung học Hancock năm 1954, và đậu bằng cử nhân chuyên ngành toán học với ngành phụ triết học tại Trường Earlham năm 1958. Margaret sau đó tới Boston để làm nghiên cứu sinh chuyên ngành toán học trừu tượng tại Đại học Brandeis.

Năm 1960 bà bắt đầu tập sự tại MIT ở bộ phận phát triển phần mềm dự báo thời tiết. Vào thời đó, khoa học máy tính và kỹ thuật phần mềm vẫn chưa được đưa vào giảng dạy, vì thế các lập trình viên thường học thông qua kinh nghiệm thực tiễn. Thời điểm đó, chồng bà, James Cox, vừa mới bắt đầu chương trình cử nhân tại Đại học Harvard. Hamilton đã trang trải cuộc sống gia đình bằng việc viết phần mềm và lập trình hệ thống dự báo khí tượng.

Từ năm 1961-1963 bà làm việc cho dự sán SAGE của phòng thí nghiệm Lincoln, và trở thành thành viên nhóm lập trình viết phần mềm cho máy tính AN/FSQ-7 (XD-1) với nhiệm vụ phát hiện máy bay địch cho Không quân Mỹ.

Vài năm sau, bà gửi đơn xin tham gia một dự án mới: viết mã nguồn cho hệ thống máy tính của tàu vũ trụ đưa con người lên Mặt trăng. Năm 1965, Hamilton trở thành người đứng đầu nhóm lập trình tại Phòng Thí nghiệm Draper của MIT.

…với tài năng phi thường

Trong quá trình tàu Apollo 11 hạ cánh, các phi hành gia đã vô tình vẫn bật radar theo dõi tiếp cận khiến máy tính bị quá tải. Màn hình liên tục phát đi tín hiệu cảnh báo trên màn hình kiểm soát vào ngày 20-7-1969. Ngay khi module mặt trăng của Apollo – Đại bàng – chuẩn bị hạ cánh xuống Mặt trăng, NASA từng đứng trước quyết định có nên hủy bỏ nhiệm vụ lịch sử này hay không. Nếu thảm họa xảy ra khi tất cả các cặp mắt đều hướng đến sứ mệnh Apollo, Hamilton sẽ trở thành “kẻ tội đồ”.

Cảnh tượng tại Trung tâm Không gian John Kennedy, nơi các nhân viên chứng kiến tàu Apollo 11 cất cánh.

Hamilton thực tế đã lường trước về tình huống khẩn cấp như vậy. Trong câu chuyện kể sau này, Hamilton nhớ lại: “Tôi luôn hình dung ra những dòng tít chạy trên báo, bới móc những sai lầm và lý do dẫn đến thảm kịch, và tất cả trách nhiệm quy kết cho mình”. Trước đó, bà đã tìm cách tích hợp lên module mặt trăng một cơ chế phát hiện và sửa lỗi, cho phép ngưng thực hiện các nhiệm vụ không quan trọng khi quá tải để tập trung vào điều khiển hệ thống lái hạ độ cao.

Nếu máy tính không thể nhận ra vấn đề và thực hiện tác vụ khôi phục, khả năng hạ cánh thành công của phi thuyền Apollo 11 trên Mặt trăng sẽ là “một dấu hỏi lớn”.

Thực tế, con gái của Hamilton, Lauren, người thường được mẹ đưa đến nơi làm việc, cũng đã vô tình có “công lớn” trong việc cứu sứ mạng Apollo. Một lần, Lauren vô tình ấn nút trên trình giả lập và làm sập hệ thống máy tính mà Hamilton đang thử nghiệm. Bằng một nút ấn khởi động trước khi bay, Lauren đã xóa toàn bộ dữ liệu điều hướng.

Sự vô tình này khiến Hamilton nhận ra rằng điều này hoàn toàn có thể xảy ra trên thực tế và nhanh chóng đề xuất NASA thay đổi chương trình. Tuy nhiên, câu trả lời bà nhận được lại là “các phi hành gia được đào tạo để không bao giờ mắc sai lầm”.

Tuy nhiên, ngay ở nhiệm vụ sau đó, phi hành gia Jim Lowell đã mắc lỗi tương tự và những đề xuất của Hamilton nhanh chóng được hiện thực hóa.

Phần thưởng xứng đáng

Việc vận hành một máy bay bắt buộc phải cần đến một hệ thống ứng dụng vô cùng phức tạp với độ chính xác cực cao. Với các tàu vũ trụ không gian như Apollo, sự phức tạp đó lại càng được đẩy lên cao gấp bội. Sai sót nào trong hệ thống phần mềm là điều tuyệt đối không thể xảy ra, bởi mọi trục trặc kỹ thuật, dù là nhỏ nhất, đều có thể khiến công sức của cả một tập thể hàng nghìn cá nhân trong nhiều năm ròng đổ bể, và quan trọng hơn là tính mạng của các phi hành gia.

Với những cống hiền của mình, rõ ràng ngoài trình độ kỹ năng bậc thầy, Margaret Hamilton còn là một kỹ sư có tinh thần trách nhiệm cao và cực kì tỉ mỉ trong công việc. Bên cạnh những đóng góp tại NASA, bà còn là người rất có uy tín trong cộng đồng lập trình, đặc biệt là với việc đề ra một loạt thuật ngữ kỹ thuật phần mềm trực tuyến vào những năm 1960.

Tổng thống Barack Obama trao tặng huân chương cho bà Hamilton.

Năm 2016, Tổng thống Mỹ Barack Obama đã trao tặng bà Huy chương Tổng thống vì Tự do với phát biểu đáng nhớ: “Các phi hành gia không có nhiều thời gian, nhưng may thay họ đã có Margaret Hamilton”.

Năm 2019, để kỷ niệm một trong số mốc son chói lọi nhất trong lịch sử chinh phục không gian của nhân loại, 50 năm ngày tàu Apollo 11 đổ bộ Mặt trăng, Google đã quyết định dựng một bức chân dung khổng lồ của Margaret Hamilton từ hàng ngàn tấm pin mặt trời và ánh sáng phản chiếu từ “vệ tinh” của Trái Đất.

Tác phẩm nghệ thuật sắp đặt ấn tượng này được “thi công” tại nhà xưởng điện Mặt Trời Ivanpah, sa mạc Mojave, Mỹ với tổng cộng 107.000 tấm pin Mặt Trời để ghép thành khuôn mặt của bà và biểu tượng tàu vũ trụ Apollo 11.

Thái Hân (Tổng hợp)