幫太空船寫程式的人：阿波羅計畫的工程師瑪格麗特・漢彌爾頓 ——《重返阿波羅》

本文由 高柏科技 合作，泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時，曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏，那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓，引來眾多師生抗議。

「從此以後，我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中，帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言：在理論模型中，氨是太空熱控系統的理想介質；但在現實的辦公大樓裡，它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯，但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險，以及必須為後果負責的工程師。

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ，曾任職於美國 OAO 工程部熱流組，深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球，他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心：當晶片運算速度無止境攀升，那股伴隨而生的熱，究竟該往哪裡去？

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗，彷彿進步毫無邊界。然而，每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化，一旦設備過熱，系統便會降頻保護。在物理現實面前，再動聽的發表會敘事也必須低頭。

回顧個人電腦發展早期，晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後，鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級，其實更像是對空間的極限勒索：晶片功率翻倍，發熱源的面積卻沒變大，機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出，散熱設計的核心只有三要素：功率、熱源面積與空間限制。他舉例，在標準的 1U 機箱中，若發熱面積約為三十乘三十毫米，氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數，而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於，風扇轉速提升的背後，是噪音、電力損耗與空間占用。

因此，「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫，而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱，卻也將新的挑戰帶入機房：漏液風險、流道堵塞、材料相容性，以及維運時的難度。工程的進步，本質上鮮少是徹底消滅問題，更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的，不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人，是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中，沒有空氣能讓風扇製造對流；受光面溫度破百度，陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射，以及熱管與環路型熱管（LHP）來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱，冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力：在他設定的特定條件下，實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能；但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變，移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦（kW）。他強調「每秒」的觀念，因為散熱談的是動態流動速率，而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此，太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度，偏好無馬達幫浦的被動式設計；但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度，往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒：技術是否「先進」，與它是否「適合」當下的場景，始終是兩回事。

好論文，為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」，而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作，還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據，在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時，也曾遇過實驗數據無法複製，或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠，而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝，高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」，每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作，並指派專業人才在過程中持續微調、校正，確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測，但由於儀器預設以「水」校正，換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算，卻發現缺乏重複性，數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面，改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證，才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號，而在於那段不夠優雅的挫折：假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻，企業需要的不只是會算數的人才，而是能洞察研究何時「走鐘」，並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

林唯耕坦言，過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」，進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽，卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計，若無法穩定生產或贏得客戶信任，也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案，誰來負責出貨？

訪談尾聲，主持人國威提出了一個時代難題：假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計，企業該選擇全面擁抱 AI 的速度，還是保留緩慢但穩定的工程驗證，以規避潛在的失效風險？

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是：兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案；但工程師仍須實作原型，進行嚴苛的性能與可靠度測試，最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺，而是基於一項事實：AI 的資料庫裡，通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節，且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代，最稀缺的未必是熟練下指令（Prompt）的人，而是具備這種能力的人：能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來，並且願意為最終的量產品質負起責任。

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中，雲端是由龐大的機房架構而成，裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張，都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值，就是不讓這筆物理帳單，被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

2019 年 7 月 20 日是人類登陸月球 50 週年，大部分的眼光都集中在人類在另一個星球留下腳印這件事，不過阿波羅計畫其實包括了許多科學實驗，讓我們對地球最近的鄰居，有更清楚、正確的認識。

月球怎麼來的？

數千年來，月亮一直是墨人騷客創作的題材，不過我們對月球起源的了解，卻是最近一、兩百年的事。

1898 年喬治·達爾文（George Darwin）提出「分裂說」，他認為月球是地球愈轉愈快，地球受離心力的作用下分裂、甩出來的。分裂說提出後廣受歡迎，甚至被編入美國中學教科書裡。但是分裂說有一個缺點，它無法解釋為何地球會愈轉愈快，而且快到把一部分的物質甩出來。一般的情況下，天體的自轉速度不會有太大的變化，除非受到外力的影響。

1950 年代時另一個月球起源的學說「撞擊說」被提出，這個理論認為地球早期受一顆火星般大的天體劇烈撞擊，撞擊後的物質從地球表面飛濺到地球軌道，這些地球軌道上的物質在重力作用下凝聚形成月球。

阿波羅太空人採集月球土壤和岩石，帶回地球後，科學家分析月球氧同位素比例，發現月球氧同位素比例和地球表面上一樣。這項證據支持撞擊說，因為劇烈撞擊會把撞擊天體和地球表面物質混合，這會讓月球和地球氧的同位素比例非常接近。撞擊說是目前最被科學家接受的月球形成學說。

我們與月的距離

月球是離我們最近的天體，即使如此，我們也不能用尺來量測月球與地球的距離。最精準的量測方法是用雷射，從地球上打一道雷射光到月球，雷射光被月球反射後再回到地球的接收站，只要量測雷射光從發射、反射到接受的時間，把這個時間的一半乘上光速，就可以得到準確的地月距離。

這個原理簡單的方法實際上並不簡單，因為月球表面的反射率不高，無法把地球發射的雷射光有效地反射回地球。這個方法要等到阿波羅太空人把反射鏡送上月球表面後才能真正運作。科學家長期量測地球與月球距離後，發現月球以每年 3.8 公分的速度遠離地球，這是地球和月球之間潮汐力相互作用的結果。

月球上也有地震！？

阿波羅太空人攜帶一些科學儀器到月球，其中比較比較著名的是月震儀。月震儀和地球上的地震儀相似，只是月震儀用來量測月球上的地震。

月震儀除了量測月球的地震外，還可以用月震來研究月球內部的構造。科學家透過月震儀發現月球有一個核心，地殼和核心之間有地函。

最近（2019年5月）科學家用舊有的阿波羅月震儀資料做新的分析，他們發現有一些月震發生在斷層附近，這個斷層可能是月球冷卻收縮的結果，這項結果顯示月球目前依舊有地殼活動的現象！

太空人吃的食物其實很豐富

月球上的第一餐有培根條、桃子、甜餅乾、咖啡，和一種鳳梨葡萄柚飲料。尼爾・阿姆斯壯和巴茲・艾德林在月球表面著陸之後、開始第一次月球漫步之前，就在吃東西。艾德林也利用任務程序之間的短暫休息，進行他的聖餐禮。

技術人員為任務的登月部分準備了四份餐。第二餐比較豐盛，內容有燉牛肉、奶油雞湯、椰棗果乾蛋糕、葡萄潘趣飲料，以及柳橙汁。

在美國太空飛行的最初幾年，連人類是否可以在太空中飲食都沒有人敢確定。約翰・葛倫在友誼 7 號飛行中的餐點包括蘋果醬包、麥芽乳錠， 以及牛肉蔬菜泥。這不是為了他肚子餓時準備的，而是要了解人體在微重力環境下能不能吞嚥和吸收食物。

幸好沒有問題。葛倫開玩笑說，只要漂浮的麵包屑不至於無法控制，或許帶個火腿三明治還比較實際。

幾年後，當約翰・楊和高斯・格里森在雙子星 3 號（Gemini 3）任務中偷偷帶著醃牛肉三明治時，媒體和美國國會要求 NASA 得更注意太空人在口袋裡攜帶什麼東西。雙子星計畫的正規餐點是要實驗食物的保存和還原， 而且要足夠可口，不至於讓太空人難以下嚥。但這種食物的設計要提供足夠的營養，且要能避免食物碎屑在太空艙中亂飄這類危險。

和水星計畫、雙子星計畫比起來，「咖啡很難喝，但至少是溫熱的，又是熟悉的味道，讓我隱約想起地球上的早晨。」麥可・柯林斯，阿波羅11號指揮艙駕駛

阿波羅任務的食物計畫帶來很大的進步和多樣性。最重要的進展，或許是能夠在太空船中使用熱水。太空人可以用一種水槍，讓密封塑膠包裝中的乾燥食物復水，再以湯匙或包裝上附的吸管來食用。這種新方法的確比較接近地球上的進食方式。

太空人的客製化菜單

飛行菜單的規劃都曾仔細徵詢太空人的意見。每位太空人要對菜單進行評估，從 NASA 的營養指南中挑選菜色。典型的每日餐飲包含 2500 到 2800 大卡的熱量、1 公克鈣、半公克磷，以及約 100 公克蛋白質。

為了在任務期間保有一些變化，餐點內容以四天為一個循環。餐點包裝上標示著 A、B、C，分別代表早餐、午餐和晚餐。上面也有不同顏色的魔鬼氈，用來標示哪一份餐屬於哪一名太空人：紅色是指揮官，白色是指揮艙駕駛，藍色是登月艙駕駛。

食品技師為阿波羅 11 號任務的菜單增加了幾樣東西：糖果棒和果凍； 火腿罐頭、雞肉罐頭和鮪魚沙拉；切達起司抹醬；法蘭克福香腸。他們也引入一種「配膳系統」，讓太空人依據喜好和胃口選擇自己的食物，例如甜點可以選擇香蕉布丁、白脫糖布丁或蘋果醬，還有多種口味的糖果。還有飲料、早餐食品，以及燉雞肉和慢烤牛肉等主菜。

太空人即將飛行之前，在前往發射臺的路上，每個人會把三明治、培根肉塊和一個可復水飲料放入太空衣的一個口袋中，預防他們在任務的最初八小時中肚子餓。

在太空中，食物不自覺會吃的少

許多太空食物沒被吃掉，而在任務之後回到地球，加入史密森尼學會將近 500 件太空食品的收藏中，告訴我們太空人在任務期間的餐飲偏好。escortcity.ch geneve escorte annonces

「剩下的很多是速食早餐。」史密森尼學會的策展人珍妮佛・萊維塞爾（Jennifer Levasseur） 評估這些收藏時，提出她的觀察，「我覺得這些太空人可能是那種一早起來只喝咖啡的人。」收藏中數量較少的食品，或許也是比較可能被吃掉的食品， 代表太空人最喜歡吃的東西：熱狗、義大利麵和肉丸，以及開胃鮮蝦。

一般而言，太空人在太空中傾向吃得比在家裡少。阿波羅 12 號和 13 號任務的太空人在任務期間只吃掉分配食物的 30% 到 40%，但並不是因為他們失去胃口。

無重力環境導致身體裡的液體循環比較平均，這讓太空人的味覺變得較遲鈍，也因而口味較重的食物比較受到歡迎。再者，糞便存放設備使用起來並不方便，如果能減少使用需求，也不是壞事。

所以，雖然從阿波羅太空船看到的景色或許既壯麗又特殊，但根據太空人的看法，上面的咖啡並沒有特別好喝。

本文摘自 大石國際文化 《重返阿波羅》

解決問題是她最喜歡的事情

瑪格麗特・漢彌爾頓（Margaret Hamilton） 開始寫電腦程式時，還沒有「軟體工程師」一詞。漢彌爾頓 1936 年出生於美國印第安納州，1958 年畢業於厄爾罕學院（Earlham College），兩年後獲得在麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）寫電腦程式的工作。

在 MIT，漢彌爾頓開啟了後來延續整個職業生涯的興趣：修正程式設計錯誤。在程式設計初萌芽的時代，她和同儕從實作中學習工程和故障排除，用充滿創意的方法面對自己的工作。有時候他們可以透過大型電腦製造出來的背景噪音，分辨自己的軟體是否順暢運作。

1963 年，漢彌爾頓正準備進入布倫戴斯大學（Brandeis University）的研究所攻讀抽象數學的學位時，MIT 取得 NASA 的合約，為阿波羅太空船設計導引和導航電腦（AGC）。

漢彌爾頓不想錯過這個機會， 聯繫計畫辦公室，分別和兩名計畫主持人進行面談。兩位主持人都當場決定雇用她，她建議兩人應該丟銅板決定她要去誰的團隊工作。

接下來幾年之內，漢彌爾頓成為 MIT 儀控實驗室（MIT Instrumentation Lab）軟體工程組（Software EngineeringDivision）的主持人，也是 AGC 背後的主要設計者之一。

為阿波羅導引電腦設計軟體時，漢彌爾頓和她的團隊必須創造新的軟體系統，以引導和控制阿波羅任務太空船前進月球。

「除了作為開路先鋒，別無選擇……找不到問題的答案時，我們只能創造答案。」

她後來回顧。

團隊中充滿「天不怕地不怕的二十多歲年輕人」，他們有自由（也有壓力）來對付太空導航的挑戰。使用漢彌爾頓軟體的阿波羅計畫和太空實驗室（Skylab）計畫期間，從沒發生過嚴重故障。

然而漢彌爾頓的女兒蘿倫（Lauren）卻預示了一次最嚴重的錯誤。那時四歲的蘿倫在漢彌爾頓的辦公室玩著顯示器和鍵盤（DSKY），在模擬器的飛行途中，輸入了發射前使用的程式 P01，導致嚴重錯誤。

漢彌爾頓因此建議加入一行程式碼，以避免這種情況發生。但 NASA 告訴她，沒有任何太空人會犯下這種錯誤。

在阿波羅 8 號任務時，吉姆・洛維爾意外刪除了指揮和服務艙的導航數據，導致與漢彌爾頓女兒所造成的相同狀況。幸好電腦的設計很穩健，漢彌爾頓和她的團隊才能夠找到方法，在幾小時內從地面修正問題， 見證任務圓滿完成。

漢米爾頓後來為 NASA 發展太空梭使用的軟體。她也成立了兩間公司，專門設計可靠的軟體，並因為她為阿波羅計畫做出的貢獻，在 2016 年獲頒美國總統自由勳章（Presidential Medal of Freedom）。

她一直是工作場域裡少數的女性之一，在締造阿波羅計畫的成功、幫助推動電腦在外太空的運算上，她都是一位卓越的人物。

本文摘自 大石國際文化 《重返阿波羅》