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Ausgabe 30/2016

Raumfahrt Diese Frau machte die Mondlandung möglich

Bei der Mondlandung gab es neben den Astronauten einen unbekannten Helden: den Bordcomputer. Die "Apollo"-Software schrieb die junge Mathematikerin Margaret Hamilton. Mit ihr begann der Siegeszug der Programmierer. Von Hilmar Schmundt


Raumfahrer Aldrin auf dem Mond im Juli 1969
NASA

Raumfahrer Aldrin auf dem Mond im Juli 1969

Nur wenige Minuten bis zur Landung, die Mondoberfläche leuchtet bleich wie ein Leichentuch, zerklüftet und feindlich. Ein paar Hundert Meter noch bis zum Boden. Plötzlich ein Computeralarm: "1202."

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Heft 30/2016
Es war einmal eine Demokratie

Was soll denn das heißen?

Der Astronaut Neil Armstrong, der am Schaltpult der Landefähre steht, funkt die Fehlermeldung an das Operationszentrum in Houston, über 360.000 Kilometer entfernt, getrennt durch einen eisigen Ozean aus schwarzem Nichts.

Der Bordcomputer ist überlastet von zu vielen Radardaten; es scheint, als könnte er abstürzen - und mit ihm die Landefähre: die Gefahr eines doppelten Crashs.

Armstrong hat kaum noch Sprit, keine Zeit für lange Diskussionen, es geht um Sekunden. Was tun: Abbruch oder Landung?

Die Rettung bringt ein junger Techniker, 26 Jahre alt, er erkennt den Fehlercode als ungefährlich. Per Funk wird Entwarnung gegeben: "Go."

Armstrong setzt die Mission fort. Dann das nächste Problem.

Der ausgewählte Landeplatz ist zu gefährlich, übersät von autogroßen Felsbrocken. Langsam lässt der Astronaut die Landefähre weiter vorwärtsschweben, ein Kraterrand versperrt den Weg, knapp fliegt er darüber hinweg. 30 Sekunden Flugzeit bleiben noch. Schließlich setzt Armstrong die Fähre im Gebiet des sogenannten Mare Tranquillitatis auf, des staubtrockenen Meeres der Ruhe. "The Eagle has landed", funkt er nach Houston.

Über 500 Millionen Erdenbürger halten den Atem an, wie hypnotisiert starren sie auf ihre schwarz-weißen Fernseher. Menschen auf dem Mond! Fortan scheint alles möglich.

Die Mondlandung am 20. Juli 1969 wurde als Aufbruch bemannter Expeditionen zu fernen Himmelskörpern gefeiert. Schon bald sollten Siedlungen auf Mond und Mars folgen.

Wie war dieses Wunder des Erfindergeistes möglich - und was bleibt heute davon? Eine junge Generation von Technikhistorikern stellt diese Fragen neu. Und kommt zu überraschenden Antworten.

Denn nicht im All, so die Erkenntnis, sondern im irdischen Alltag entfaltete die Mondlandung ihre volle Wucht: als Auftakt für die digitale Dauervernetzung. Wer heute ein Smartphone in der Tasche hat oder wer in ein selbstfahrendes Auto steigt, ringt mit ähnlichen Fragen wie die Astronauten damals: Was macht der Mensch, was überlässt er der Maschine?

Neben den beiden Astronauten war eine geheimnisvolle Dritte unsichtbar mit an Bord. Erst jetzt, fast 50 Jahre später, wird sie wiederentdeckt: die Steuersoftware der Mondlandefähre. 40.000 Zeilen, die Geschichte schrieben.

Anfang Juli tauchte dieser Code plötzlich im Internet auf: Ein ehemaliger Nasa-Praktikant veröffentlichte ihn im Programmierer-Forum Github. Bislang war diese Software nur Eingeweihten bekannt, nun steht sie im Rampenlicht der Netzöffentlichkeit. Programmierkundige lesen zwischen den Codezeilen und überbieten sich in feinsinnigen Interpretationen, als ginge es um Sonette von Shakespeare. Im Silicon Valley heißen die Helden der Mondlandung seitdem: Neil Armstrong, Buzz Aldrin und Margaret Hamilton.

Mathematikerin Hamilton 1969

Mathematikerin Hamilton 1969

Margaret wer?

Margaret Hamilton, eine junge Mitarbeiterin am Massachusetts Institute of Technology (MIT) bei Boston, gilt als treibende Kraft hinter dem Mondlande-Code. Während des Mathematikstudiums hatte sie sich das Programmieren selbst beigebracht, mit 24 war sie durch Zufall in das Weltraumprojekt hineingerutscht, weil sie Geld verdienen wollte für das Jurastudium ihres Mannes. Schnell gelangte Hamilton in eine führende Rolle und leitete die Arbeit von über hundert Programmierern als "Director of Apollo Flight Computer Programming". Wenn sie am Wochenende arbeiten musste, brachte sie manchmal ihre vierjährige Tochter Lauren mit ins Institut.

Ähnlich multitaskingfähig wie sie selbst war auch ihre Software: Während herkömmliche Programme meist nur stur Rechenaufgaben abarbeiteten, konnte das Mondlandeprogramm unterscheiden, welche Prozesse wichtig waren und welche warten konnten. Der Fehlercode 1202 etwa warnte einfach: Der Computer ist überlastet, daher konzentriert er sich nur auf das Wichtigste: das Landemanöver.

Hamiltons "Apollo"-Programm beobachtete sich gleichsam selbst - ein Sakrileg. Um derlei "asynchrone" Systeme tobte damals ein fast religiöser Streit. Denn maßten sich die Geräte damit nicht das menschliche Privileg an, Unvorhergesehenes rasch einzuschätzen und flexibel darauf zu reagieren, mit gesundem Maschinenverstand?

"Wenn man sich die Geschwindigkeit und die Kräfte bei einem Raketenstart ansieht, stellt man fest, dass menschliche Intervention physikalisch unmöglich ist", hatte der Ingenieur Wernher von Braun 1959 postuliert, der erst für die Nazis, dann für die Amerikaner die Raketen entwickelte. Er forderte, Raumfahrer wie Gepäckstücke ins All zu verfrachten: die Rakete als selbstfahrender Autobus ins All.

Die amerikanische Presse feierte ihn als "Kolumbus des Weltalls". Doch die Piloten weigerten sich erbittert, passiv als "Spam in a can" loszufliegen: wie Würzfleisch in der Dose. Sie forderten volle Kontrolle vom Start bis zur Landung. Es ging dabei um ihre Berufsehre - wenn nicht gar um die Zukunft der Menschheit: Wollen wir uns wirklich von Elektronenhirnen steuern lassen wie ferngelenkte Lemminge?

Doch der Wunsch nach Selbstbestimmung hatte einen hohen Preis: Mit fast selbstmörderischer Waghalsigkeit erkundeten die frühen Raumfahrer die Grenzen der menschlichen Belastbarkeit. Allein im Jahr 1952 waren auf der kalifornischen Edwards Air Force Base 62 militärische Testpiloten ums Leben gekommen, weil sie immer wieder die Kontrolle über ihre hochgezüchteten Jets verloren.

So wurde das "Apollo"-Unternehmen zu einem Großexperiment mit offenem Ausgang. Rund 400.000 Mitarbeiter aus Behörden, Industrie und Universitäten verhandelten zentrale Fragen von Kontrolle, Kooperation und Kreativität. Während sich die Spacecowboys breitbeinig einen Showdown lieferten mit den Raketenbauern, schrieb eine dritte Gruppe im Hintergrund ungestört Kommandozeilen: Hacker und Geeks. Damals wurden sie belächelt - heute dominieren sie die Weltwirtschaft.

"Software galt als eine Blackbox, als etwas Geheimnisvolles, das fast magisch plötzlich im Bordcomputer auftauchte", erinnert sich die fast 80-jährige Programmiererin Hamilton. "Und daher gaben uns die Manager volle Freiheit und totales Vertrauen."

Arbeiterinnen bei der "Apollo"-Code-Herstellung um 1965
Jack Poundstone / Raytheon

Arbeiterinnen bei der "Apollo"-Code-Herstellung um 1965

Damals existierte noch nicht einmal ein Name für das, was Hamilton und ihr Team taten. "Software tauchte gar nicht im Zeitplan oder im Budget auf", schreibt David Mindell, Professor für Technikgeschichte am MIT, in dem Buch "Digital Apollo". Programmieren galt als unmännlich, als Abtippjob für Sekretärinnen. Als einer von Hamiltons Kollegen seiner Frau beichtete, dass er gar keine donnernden Raketen entwerfe, sondern lediglich Programme schreibe, bat sie ihn trocken: "Erzähl das bloß nicht unseren Freunden!"

Margaret Hamiltons erster großer Job für die Nasa war eine Notfallsoftware für den Abbruch einer Weltraummission. Der Spitzname: "Forget it" - Vergiss es. Denn man war sich sicher, davon niemals Gebrauch machen zu müssen. "Aber wenn dann die Mission doch abgebrochen werden musste, war ich plötzlich die Expertin für die gesamte Unternehmung, weil das Programm nun im Modus ,Forget it' lief", erinnert sich Hamilton.

Überraschend dämmerte den Kalten Kriegern, den Raketenbauern, Jagdfliegern und Industriekapitänen, dass ihre Herrlichkeit nicht nur durch "Sputnik" und die Sowjetunion bedroht wurde, sondern auch durch eine fremdartige, unsichtbare Macht, die das Land von den Universitäten aus unterwanderte: Computerprogramme, zusammengetippt von Eierköpfen aus Neuengland - Zivilisten, Akademikern und, schlimmer noch: Frauen!

Ein Foto von 1969 kursiert heute im Internet als Ikone: Unsicher lächelnd wie eine Schülerin steht Hamilton neben der "Apollo"-Software, die ihr über den Kopf zu wachsen droht: ein wackliger Turm aus Papierausdrucken mit dem Code des "Apollo Guidance Computer".

Die scheinbar unwichtige Subroutine "Forget it" war zu einem Herzstück der "Apollo"-Software mutiert, welches Bauteile und Berechnungen, Piloten und Missionsleiter zu einem "System der Systeme" verband. "Software engineering" nannte Hamilton das, was sie tat. Und wurde dafür verlacht: "Als ich anfing, diesen Begriff zu verwenden, wurde das als amüsant abgetan. Eine Zeit lang war das ein Running Gag: Ich wurde aufgezogen wegen meiner radikalen Ideen." Wer zuletzt lacht: Ihr Begriff setzte sich durch.

Rückblickend wirkt die Mondlandung wie ein Urknall der Software-Industrie: Die Nasa arbeitete eng mit der Firma IBM zusammen, rund 60 Prozent aller Integrierten Schaltkreise aus US-Produktion gingen 1963 allein ans MIT. Für Routineberechnungen waren die winzigen Bauteile praktisch und billig, doch im All brauchte es eine solidere Technik, die auch heftige Beschleunigung, Hitze und Strahlung wegstecken konnte. So kam es, dass Hamiltons Code nicht als flüchtige, überschreibbare Information gespeichert wurde, sondern physisch zusammengefädelt wie eine Perlenkette aus Einsen und Nullen.

Zig Näherinnen schufteten in der Industriestadt Waltham bei Boston und stickten Hamiltons Code, Bit für Bit, in Handarbeit: Die Kernelemente waren winzige donutförmige Eisenringe, zusammengefädelt mit Kupferdraht - nach dem Prinzip von Lochkarten, doch aufgereiht wie Perlen an einer Kette. "Rope" wurden diese Programmseile genannt. Und die Verantwortlichen hießen "Rope Mother", selbst wenn es Männer waren. Ein Programm konnte so mehrere Kilo auf die Waage bringen.

Die metallenen Programme retteten den Astronauten mehrmals das Leben - etwa als bei "Apollo 12" direkt nach dem Start ein Blitz in die Raumkapsel einschlug. Der Computer startete neu und las die hart eingewebten Daten aus den Codeseilen neu aus: Die Eisenkerne spulten die Einsen und Nullen ab, als wäre nichts gewesen.

Die Astronauten verachteten den Bordcomputer als eine Art Taschenrechner, nach der Devise: "Wir knipsen den eh aus, sobald wir oben sind." Sie sollten eine Überraschung erleben.

Weihnachten 1968, "Apollo 8" umrundet den Mond: ein Weltereignis. Die drei Astronauten sind die ersten Menschen, welche die erdabgewandte Seite des Mondes erblicken. Sie halten eine Weihnachtsansprache live im Fernsehen: "Die grenzenlose Einsamkeit ist Furcht einflößend, sie zeigt einem, was man hat da unten auf der Erde." Dann lesen sie aus der Bibel vor, die Genesis: "Am Anfang schuf Gott Himmel und Erde."

Doch auf dem Rückflug von der dunklen Seite des Mondes ereignet sich ein Schöpfungsakt der anderen Art. "Mir wurde gesagt, Astronauten machen keine Fehler", erinnert sich Hamilton später. Die Piloten fanden es unmännlich, sich von einem digitalen Kindermädchen an die Hand nehmen zu lassen.

Hamilton hingegen kämpfte dafür, dass der Code sein eigenes Funktionieren überwacht, aber eben auch die Eingaben der Nutzer: "Wir waren wirklich besorgt, was passieren würde, wenn die Astronauten mitten im Flug vielleicht das Startvorbereitungsprogramm starten würden." Dazu werde es nicht kommen, hieß es.

Doch genau das geschah in der Raumkapsel von "Apollo 8". Die Astronauten hatten anhand der Sterne ihre Position vermessen - und zwar mit einem altmodischen Sextanten, einem Peilgerät, wie es Seeleute seit Jahrhunderten verwenden. Sie wollten routinemäßig die handvermessenen Daten mit denen der Bordelektronik vergleichen. Dabei riefen sie aus Versehen das Startvorbereitungsprogramm auf und löschten wichtige Daten.

Hamiltons Team musste am MIT neun Stunden lang arbeiten, dann schickten sie über Houston die verlorenen Bahndaten erneut nach oben. So wurde "Apollo 8" zum Erfolg. In den meisten Berichten taucht dieser peinliche Zwischenfall nicht auf.

Die "Apollo"-Programmierer waren vielleicht nicht ganz unschuldig an der Tatsache, dass sie später fast in Vergessenheit gerieten: Auf ihre stille Art kultivierten sie eine schwer erträgliche Technikarroganz. Sie verspotteten Nasa-Manager, verpassten Deadlines und schlampten bei der Protokollierung ihres Codes.

"Wir hatten unsere eigene Kultur", erinnert sich Hamilton heute. "Wir machten unsere eigenen Regeln, nicht weil wir das wollten, sondern weil es sonst keine gab." Schon die erste Zeile des "Apollo"-Programms begann mit einem Insiderscherz: "Quest oculus non vide, cor non delet", stand dort geheimnisvoll zu lesen. Umgangssprachlich vielleicht so viel wie: "Was ich nicht weiß, macht mich nicht heiß."

In derlei Zeilen steckt auch eine Drohung: Unsichtbarkeit mag demütigend sein, sie verleiht aber auch große Macht an die Damen und Herren der digitalen Eisenringe. Ein Programm zum Zünden der Triebwerke etwa beinhaltete augenzwinkernd eine Parole der blutigen Watts Riots, Rassenunruhen in einem Vorort von Los Angeles, bei denen im Jahr 1965 etliche Häuser in Flammen aufgingen: "BURN_BABY_BURN".

Junge, wilde Hacker und alte deutsche Raketenbauer, testosterongetriebene Testpiloten und penible Programmnäherinnen - die Fliehkräfte waren gigantisch. Ihre gemeinsame Sprache fanden sie nicht durch Blutsbande oder Korpsgeist, sondern durch elektronische Simulationen: eine Lingua franca fiktiver Fakten.

Nasa-Kontrollzentrum in Houston 1970
NASA

Nasa-Kontrollzentrum in Houston 1970

Die Komplexität der Mondlandung überstieg die menschliche Vorstellungskraft, und daher half man ihr auf die Sprünge mit aufwendigen Attrappen: Das Landemodul wurde nachgebaut, mit allen Schaltern und sogar mit dem Dröhnen von Raketentriebwerken und dem Absenken des Luftdrucks. Vor den Fenstern wurden Bilder der Mondoberfläche eingeblendet. Per Funk war es verbunden mit dem realen Kontrollzentrum in Houston - inklusive künstlich verlangsamter Funksignale, um die Distanz zum Mond zu simulieren. Allein Aldrin verbrachte über dreihundert Stunden in diesem Spiel.

Was wir heute Virtual Reality nennen, begann bei der Nasa als hybrides Techniktheater: eine Fantasiewelt aus Computern, Kameras und Holzkulissen, die den Mond auf die Erde holte. Das Virtuelle diente nicht der Weltflucht, sondern der Aneignung überlebenswichtiger Reflexe.

"Simulationen waren Herz und Seele des Nasa-Systems", sagt der Astronaut Michael Collins. Die Ergebnisse waren eindeutig: Wiederholt versuchten die Astronauten, die Landemodul-Attrappe per Hand auf der Mondoberfläche aufzusetzen. Vergebens. Sie stürzten ab, wieder und wieder.

Schließlich überließ man Hamiltons Code die Landesequenz, um sie im Zweifelsfall vollautomatisch ablaufen zu lassen: Die elektronische Nanny übernahm. Hamilton setzte aber nicht auf digitale Rundumkontrolle, sondern auf ein austariertes Wechselspiel zwischen Hard-, Soft- und Humanware: Die Piloten konnten jederzeit die Automatik unterbrechen und die Steuerung übernehmen. "Man-in-the-Loop" wird das revolutionäre Konzept genannt.

Die Mondlandung war ein Lehrbuchbeispiel für die Symbiose von Mensch und Maschine: In letzter Minute erkannte Armstrong, dass der vom Computer gewählte Krater wegen der vielen Felsbrocken zu gefährlich war. Er packte den Steuerknüppel und justierte damit das Programm so nach, dass es ihn - halb automatisch - ein paar Hundert Meter weiter absetzte.

Der Computer war nicht Konkurrent, sondern Kopilot. Ein kleiner Programmschritt für ihn, ein riesiger Sprung für die Menschheit, die heute um eine sinnvolle Arbeitsteilung ringt zwischen künstlicher Intelligenz und menschlichem Handeln.

Auf die Mondlandung folgte die Erdlandung der Raumfahrttechnik: Wer sich heute eine Virtual-Reality-Brille aufsetzt, um durch eine digitale Spielwelt zu tapsen, steht in den Fußstapfen von Neil Armstrong. Wer ein Auto mit Parkassistent fährt, kämpft mit dem "Apollo"-Paradox: Pilot oder Passagier - oder eine menschmaschinelle Mischform der beiden?

Die Nasa brauchte eine Weile, um in den digitalen "Apollo"-Programmen einen Fortschritt für die Menschheit zu erkennen. Das zeigt sich am berühmten Fehlercode 1202, der fast zum Abbruch der Mondlandung geführt hätte. Steve Bales, der Ingenieur, der den Fehlercode als ungefährlich erkannt hatte, nahm 1969 stellvertretend für das gesamte Bodenteam eine Medaille in Empfang, gemeinsam mit den drei Astronauten von "Apollo 11". Der damalige Präsident Richard Nixon schwärmte in seiner Lobrede: "Als die Computer verwirrt schienen, sagte dieser junge Mann nicht ,Stopp' oder ,Abwarten', sondern ,Go'."

Das klang gut, stimmte aber so nicht. Heute gibt die Nasa zu: Der Fehler lag bei den Planern, die den Astronauten falsche Anweisungen in die Checkliste geschrieben hatten. Bei der Landung knipste die Besatzung ein zusätzliches Radarsystem an, welches den Computer störte. Aber die Software erkannte das Kuddelmuddel, startete das Programm neu, meckerte kurz "1202" - und rettete dann die Mission. Doch Margaret Hamilton, die diesen Code maßgeblich mitentwickelt hatte, stand in dieser Darstellung dumm da.

Erst im Jahr 2003 konnte sich die Nasa dazu durchringen, Hamilton mit der Verleihung des "Exceptional Space Act Award" zu rehabilitieren. Die Berufseinsteigerin von einst ging damals auf die siebzig zu und hatte zwei erfolgreiche Softwarefirmen gegründet. Kleinlaut räumte der Laudator ein: "Ich habe mich gewundert, dass sie nie in aller Form für ihre bahnbrechende Arbeit geehrt worden ist."

So kam es, dass die höchstdotierte Einzelauszeichnung in der Geschichte der Nasa, ein Preisgeld von 37.200 Dollar, damals ausgerechnet an eine der früher verspotteten alten Damen ging.

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insgesamt 4 Beiträge
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murksdoc 27.07.2016
1. Houston, we have a problem:
das Later Pay funktioniert nicht. Wenn man es anklickt, scrollt man nach oben. Ich kann den Artikel nicht lesen. In dem Dokumentarfilm "In the shadow of the moon" erzählt Neil Armstrong (Spitzname: Dr. Rendez-Vous), er habe ausser dem Landeradar (vorsichtshalber) auch das Rendezvous-Radar angelassen, und das habe den Computer überlastet. Das sei am Boden nicht getestet worden, "weil alle dachten, niemand könne so blöd sein, dass Lande- und das Rendezvous-Radar gleichzeitig anzulassen. Die dachten halt nicht so, wie ich". In der Original-Mitschrift der Funk-Kommunikation taucht auf 2900 Fuss Höhe über der Mondoberfläche ("Delta-H Minus 2900"), am 4. Tag der Mission, nach 6 Stunden, 38 Minuten und 30 Sekunden ( 04 06 38 30) zum ersten Mal ein "1202-Alarm" auf (Programm Alarm), der mit "Go" beantwortet wird. Bei 04 06 42 24, also 4 Minuten später, wird ein "1201 Alarm" gemeldet, 30 Sekunden danach wieder "1202". Nochmal 4 Minuten später, bei 04 06 46 04 meldet Armstrong: "The Eagle has landed". Vom Auftreten des ersten "1202", über den "1201" und erneuten "1202" bis zur Landung vergingen also knapp 8 Minuten. Dazwischen wird kein einziges Wort über die Computeralarme geredet. Steht das so in dem Artikel? http://www.jsc.nasa.gov/history/mission_trans/AS11_TEC.PDF
Teddygo 27.07.2016
2. Toller Artikel!
Und ich dachte schon, über die Apollo-Flüge wäre schon alles gesagt worden. Dieser Artikel stößt eine neue, sehr interessante Tür zum Thema auf! Gerne mehr davon!
hk1963 27.07.2016
3. Lesestoff
Die von murksdoc erwähnten Transkripte gibt es in kommentierter Form im ALSJ unter https://www.hq.nasa.gov/alsj/ , der hier interessierende Teil ist https://www.hq.nasa.gov/alsj/a11/a11.landing.html Deutsche Version unter https://www.hq.nasa.gov/alsj/alsj_deutsch/11/11_01ldg.html Zu den Alarmen gibt es ein Ausführung unter https://www.hq.nasa.gov/alsj/a11/a11.1201-pa.html Ebenfalls lesenswert ist "TALES FROM THE LUNAR MODULE GUIDANCE COMPUTER" http://www.doneyles.com/LM/Tales.html Und wer die Programme von damals mal laufen lassen will, kann sich bei http://www.ibiblio.org/apollo/ Emulatoren und die Software herunter laden.
inver 27.07.2016
4. Ich habe bisher nie von dieser Frau gehört, aber ich bin überzeugt, dass sie Hervorragendes geleistet hat!
Es ist halt so, wie mit allen Leistungen: Der Anteil der Männer wird erwähnt und hochgelobt, der Anteil der Frauen verschwiegen. Umso mehr beachte ich die Artikel, in denen die Wirklichkeit beschrieben wird: Wissenschaftler, egal ob Mann oder Frau, versuchen die Menschheit weiter zu entwickeln!
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