为了纪念这周的国家妇女节，让我们来着重强调下凯瑟琳.约翰逊的工作，数学家，美国国家航空航天局的人机学家，灵感来源于玛格特.李.夏特利最近的书籍和剧情片，隐藏人物。成为一位“人机学家”对于美国国家航空航天局意味着什么呢？如何确定航天器的发射日期和飞行路径呢？

到了10岁的时候，凯瑟琳参加了她家乡白硫磺泉的所有课程，当时西弗吉尼亚州只能为黑人学生提供到相当于八年级的教育。所以她的父亲搬家到100英里远以至于她可以上高中，随后她18岁毕业于西弗吉尼亚州立学院 （现为西弗吉尼亚州立大学）的数学和法语专业。

然而她非凡的学历并未止步。在1939年，她和两位男同学一起勇敢地成为了第一个解散西弗吉尼亚大学研究项目的人。然而，她仅仅在项目中待了小一年。据一些人说，她离开后开始了家庭生活，然而另一些人认为她的处境并不如她的研究生经历那样令人愉快。

约翰逊在一家数学，法语和音乐的公立学校任职直到1953年在汉普顿的现在名为兰利研究中心获得“人机学家”的称号。在那里，她与玛丽.约翰逊和多罗西.沃恩一起工作，在隐藏人物中也强调了她们的努力。

凯瑟琳随后很快地搬到兰利航空研究分部处理复杂的数学问题，比如调查尾流引起的飞机失事。然而，在1957年美苏冷战中苏联人造卫星的发射导致国家的注意力迅速转移。美国通过创建国家航空航天局来应对NASA提到的“人造卫星危机”，空间竞赛开始了。其中凯瑟琳.约翰逊是最早的8000名NASA员工之一。

计算轨道轨迹是女性的工作

在NASA的早期，复杂，多变量计算的挑战性工作需要在细节上有极大的注意力和集中力，这些工作被分配给称为“人机学家”的女性群体。实际上，当第一台电子计算机问世时，机器编程被认为是女性的工作。

这个计算是确定航空器的最有效途径，在飞行中使用最少的燃料，避免其他太阳系物体并最终降落在预先设定的位置。你不必参加轨道力学课程就可以知道这些公式并不简单。地球的大气层提供了阻力。火箭的重量随着燃烧燃料离开大气层而改变。地球是旋转的。你不想撞上月球，但是月球也在保持着移动！由于这些复杂性和许多其他方面等，相关的计算基本上不能被分析性的完成，反而必须以数值方式完成。为了视觉效果，可以查看航海家飞行路径的视频，因为他们避免撞到太阳系物体，同时使用他们作为偶尔的重力协助。

在1961年，仅仅在NASA成立的几年后，作为水星红石3任务的一部分，艾伦.谢泼尔德称为美国第一位进入太空的人（继苏联航空家尤里.加加林之后的第二人），他的飞行路径由凯瑟琳.约翰逊计算。在1962年，约翰.格伦成为第一个在“友谊7号”绕地球飞行的美国人，这一轨道任务明显得更难以计算。

当时，轨道飞行路径的确定是非常复杂以至于建立全球通信网络去连接全球范围内的跟踪站，显示结果在华盛顿和卡纳维拉尔角，去控制格伦“友谊7号”胶囊任务轨道的运行。然而，宇航员们通常并不信任这些电子计算器，这些机器被认为在它们的生命中是“容易中断和停电”的。据说，约翰.格伦会要求凯瑟琳.约翰逊和她的同事们进行计算结果的核对然后再相信它们。

艾伦.谢泼尔德和约翰.格伦任务的成功在很大程度上是依赖凯瑟琳.约翰逊的工作，被认为是美苏太空竞赛的转折点。在NASA的任职期间，凯瑟琳.约翰逊还为月球轨道器项目提供了轨迹工作，这个项目为月球表面构图，为几年后的月球着陆做准备。随后，她计算了“阿波罗11号”任务的轨道工作，就是著名地将宇航员尼尔.阿姆斯特丹，巴斯.奥尔奥林和迈克尔.柯林斯带到月球并返回，这是人类迄今为止在太空中旅行的最远距离。在氧气罐爆炸阻止阿波罗13号飞行器到达月球之后，约翰逊协助确定了轨道轨迹，使宇航员重返安全轨道。

电子而非人力计算

尽管NASA现在依靠电子而非人为计算，但NASA雇用的第一批人类计算机之一用于计算火箭的发射轨迹，但仍在喷射推进实验室作为软件测试人员和子系统工程师工作。苏.芬利是在NASA任职最长的女性雇员，现年80岁，是NASA的朱诺木星任务小组成员。

这些工具可以在几分钟内建立飞行计划，计算将需要几天时间来手工计算。

现在NASA依靠像视野星历表指南来高精准的追踪大型太阳系物体的位置和基本任务分析工具（GMAT），这个模型可以优化轨道轨迹。这些工具可以在几分钟内建立飞行计划，计算将需要几天时间来手工计算。空军研究实验室还使用GMAT来解决诸如避免卫星与您这样的人之间发生碰撞的问题！GMAT是开放源代码，已被下载49,000次。

去年，NASA还宣布推出“进化任务轨迹发生器”，该发生器不仅可以根据轨道力学方程计算飞行路径，而且还可以考虑航天器设计，例如用于满足不同性能标准的运载火箭和推进剂舱的类型。由于航天器的设计明显影响其轨迹，因此增加的灵活性将允许更有效的计算以及更高效的航天器。

凯瑟琳.约翰逊的荣誉

1986年退役30年后，玛格特.李.谢特利的著作《隐藏人物：美国梦和黑人女性数学家的不为人知的故事》，太空竞赛和凯瑟琳.约翰逊的贡献不再隐藏。巴拉克.奥巴马总统在2015年授予她总统自由勋章，这是美国最高的平民荣誉。2016年5月，NASA在兰利开设了耗资3000万美元的凯瑟琳.约翰逊计算研究设施。

在名利场中，NASA前局长查尔斯.博尔登说：“凯瑟琳用滑尺和铅笔同时促进了人权事业和人类成就的前沿。”电影隐藏人物基于谢特利的书的票房收入超过1.58亿美元，不仅改变了成为NASA工程师的视线，而且改变了黑人妇女到达那里所需的费用。在电影的预告片中，珍妮尔.莫奈作为人机学家玛丽.杰克逊被问到：“如果你是白人男性，你想当工程师吗？”然后她回答：“我不必。我已经是一个了。”