NASA工程师的职业履历

在我们这个圈子里，职业生涯是什么发展路线？一般可以从期刊论文看出些端倪、要不就是官媒宣传报道性质的文章等渠道了，当然也可以由各种私人关系来打听，这个圈子很小，要不了2、3层搭线，就能扯上关联——要不就是谁的同学、前同事，或者是师兄弟、姐妹、校友之类的（虽然可能完全没有时间交集的那种）。

翻开个人履历表，一般都是从技术员/机关职员干起、逐渐有了技术/行政职务，逐渐转技术/行政管理，逐渐提升级别，最终成为封疆大吏也是不乏先例的。同岗位的前辈，有成为总师的、当了院士的、成为各级高管的，这些大家都清楚，也没什么好写的。国外的同行又是怎样一种情况呢？火箭总设计师、NASA局长等居高位的人，自然有人著书立传、至少Wiki百科上会有简历；倒是那些一天到晚建模、设计、试验、跟产，一搞就是几十年的工程师，后来都干嘛去了？这是本文的初衷。

没有专门去找线索，外文文献看的也不多，有篇介绍DUKSUP弹道计算程序的技术报告，还有篇ADDJUST-A View of the First 25 Years介绍美国半人马座弹道风修演变历程的，倒是印象深刻，不妨就以这两篇的作者当做考证对象吧。

图 论文DUKSUP封面

图 论文ADDJUST封面

两篇文章，Spurlock和Nieberding分别是一作，二作均是Williams，这仨人长什么样，见下图。Nieberding是图中戴墨镜的那位。

图 合影：Spurlock, Joe Nieberding, Scott Graham以及先进空间分析办公室成员（1996）

图 Craig Williams（左）和Frank Spurlock 于2008年7月的合影

1962年，Omer Frank Spurlock开始在LeRC（Lewis Research Center，即目前的Glenn研究中心）工作，从事Atlas/Centaur运载火箭的轨道优化和任务设计。在1997年从该中心退休之前，任务设计和轨道优化不仅适用于Atlas/Centaur火箭，还适用于Titan/Centaur、STS/Centaur以及各种各样的飞行器、运载火箭项目，虽然许多项目实际并未正式制造和使用。他负责管理LeRC运载火箭项目中的发射任务设计和弹道优化工作，以及特定任务的任务设计。他支持了许多宇航发射任务，向所有行星（除了冥王星）、月球和各种地球轨道发送过有效载荷，总计超过60发次。他在LeRC的最后一个职位是担任高级空间分析办公室副处长，主要负责分析能力建设和团队事务。自1997年退休以来，Spurlock一直为该地区的政府和商业公司提供咨询，覆盖任务设计、轨道优化、空间运输体系结构和其他相关学科。他曾多次参与与运载火箭项目有关的审查，最近一次是参与到地球防御计划——对可能危及地球安全的天体实施偏转策略。

Spurlock创造了一种独特的计算机程序，直接影响了NASA的运载火箭发射任务，包括几十年来许多最引人注目、最苛刻的任务。该程序被称为DUKSUP，为任务规划人员提供运载火箭发射空间探测器、卫星和空间望远镜的高精度弹道数据。该程序的应用使LeRC成为NASA卓越的轨迹分析中心之一。

2021年，Spurlock入选Glenn研究中心名人堂。

图 Spurlock于2021年入选NASA-Glenn研究中心名人堂

Spurlock在新墨西哥州霍布斯长大，从小就学习成绩优异。1957年秋天，他被新墨西哥大学的荣誉项目录取，成为国家数学兄弟会的成员，并获得了桑迪亚基金会的卓越学术奖。1961年毕业后，Spurlock获得伍德罗·威尔逊奖学金，攻读物理学硕士学位。

图 Frank Spurlock 1959年在新墨西哥大学（左）/中年时期留影（右）

Spurlock选择在俄亥俄州克利夫兰的凯斯西储大学攻读学位。这一举动与肯尼迪总统宣布美国将在十年内将人类送上月球不谋而合。NASA LeRC即位于该大学所在城镇的另一侧，正在进行大规模的招聘活动，以实现载人登月的目标。一位教授意识到NASA需要有数学和物理背景的人，告知Spurlock在LeRC有一个分析职位的空缺。21岁的Spurlock决定放弃奖学金，加入该中心新成立的动力飞行分析部门。1971年，他最终在克利夫兰州立大学获得了数学硕士学位。

1962年3月，Spurlock和其他12人加入了一个专项工作组，为研究人员提供先进发动机系统对潜在有效载荷性能影响的分析数据（包括核发动机、离子推进器和260英寸直径的发动机）。

飞行轨迹的优化是任务规划的一个基本要素。它影响有效载荷的大小、燃料要求和飞行时间。即使轨迹差异只略微节省了燃料消耗，也会导致有效载荷或任务寿命的显著增加。除了航天器动力学和有效载荷的考虑外，轨道计算还必须考虑轨道特性、地球自转、上升段限制和许多其他因素。

Spurlock和他的同事修改了当时的空间探测器程序“N-Body”，用地球引力取代了太阳的引力，将程序用于运载火箭弹道计算。LeRc有限的计算能力意味着他们必须使用非标准化的FORTRAN 4语言，并放弃更简单的梯度上升计算技术来计算数学上复杂的变分。他们努力识别并修正程序中的错误，直到导数计算问题得到解决。

1962年秋天，LeRC被指派负责Centaur上面级火箭项目。在Apollo登月之前，美国宇航局依靠Centaur发射了一系列Surveyor 月球探测器来分析月球表面的情况。LeRC负责确保火箭的发射状态，将Surveyor 与Atlas/Centuar火箭组装完毕，并管理发射活动。

图 Spurlock和Finitzer在计算机前的工作照：1962年5月，将穿孔卡片装入计算机。

LeRC最初缺乏实际飞行任务轨迹规划的经验，当时是由通用动力公司（GDC，General Dynamics Corporation）（Atlas/Centaur的创造者）在20世纪60年代中期对早期Surveyor任务进行了分析。NASA很快就开始为Atlas/Centuar规划更复杂的任务，包括发射商业卫星，这将需要多次发动机点火。优化这些飞行轨迹的唯一现有方法是计算两个独立的飞行段。这既费时又不精确。此外，这些新任务包括需要提高轨道计算精度的商业卫星。

对于这些新问题，Spurlock承担了一项艰巨的任务，即重新编写计算程序，以减少其大小和计算机内存需求。他称之为DUKSUP（鸭汤）的新的、性能优越的工具，通过优化飞行器的推力方向和待确定的入轨根数，最大限度地提高了有效载荷能力。DUKSUP是首个能一步优化地球静止轨道发射弹道的分析工具。

很快，GDC和LeRC就开始进行弹道分析合作，在20世纪70年代，LeRC取代了GDC的位置，提供所有Centaur的轨道设计。DUKSUP的速度和能力超过了当时任何美国或俄罗斯的飞行优化工具。

DUKSUP的数据可用于确定发射任务最大有效载荷，精度在1磅以内，可规划轨道，确定发射窗口，提供飞行安全控制数据，并辅助地面站对飞行进行跟踪。DUKSUP的精确性给NASA和业界留下了深刻的印象，在有效载荷设计之前，NASA和业界就经常要求Spurlock提供特定任务的弹道数据。没有DUKSUP的数据，任务就无法推进。

NASA的计算机处理速度很慢，这给了Spurlock和他的同事在程序运行期间开发新的分析工具的时间。由于没有更好的选择，他们学会了以从未尝试过的方式使用非最优FORTRAN和变分法技术，这使他们对运载火箭轨道优化有了独特的见解。

20世纪70年代初，Spurlock成为Centaur计划的正式组成部分。他负责LeRC的总体任务设计和弹道计算工作——为每次的Atlas/Centuar和Titan/Centuar的发射任务进行分析。多年来，DUKSUP为65次半人马座发射任务提供了支持，包括通信卫星、太空望远镜和所有太阳系行星的探测器（冥王星除外）。探测器包括Pioneer-10和Pioneer-11星际飞船；Voyager-1和Voyager-2外行星航天器；火星上的Viking登陆器；土星轨道飞行器和探测器——Cassini-Hyugens。

他根据任务后的数据对DUKSUP进行持续改进，并随着任务变得越来越复杂，在代码中加入了新的功能。DUKSUP最终包含了超过5200行的Spurlock代码。由于编码必须在FORTRAN和计算系统的限制范围内进行调整，因此无法进行恰当的记录或传输。

1983年，Spurlock被任命为任务设计和性能分部的部长。他为STS/Centaur计划更新了DUKSUP，该计划试图从STS上发射Centaur上面级。DUKSUP的计算扩大了Galileo卫星的发射窗口——STS/Centaur项目的首发任务计划。

1986年，Spurlock的部门成为Joseph Nieberding领导的高级空间分析办公室的一部分。Spurlock和Nieberding撰写了一份报告，调研了NASA一次性运载火箭的应用历史，并讨论了NASA设想从商业领域获得所有发射服务的相关问题。

（坐，由左往右）Tom Miller, Joe Nieberding, 和 Robert Stubbs博士；

（站，由左往右）Dick Lancashire, Joseph Nainiger, Frank Spurlock和Don Palac.

图 团队讨论：先进空间分析办公室开会

1991年，Spurlock被任命为系统分析办公室副主任，在那里他分析了俄罗斯运载火箭到达国际空间站的能力。在后苏联时期，LeRC领导了该机构与俄罗斯在太空领域的合作。Spurlock率先尝试改善LeRC与俄罗斯同行之间日益增多的互动。他协助LeRC的图书管理员、俄罗斯移民艾琳·沙兰（Irene Shaland）开发了40小时的课程，为LeRC的员工提供了解俄罗斯历史、文化和语言方面知识的渠道。

在职业生涯的后期，Spurlock力争将他年轻时所获得的经验传递给新一代NASA工程师，是年轻同事和菜鸟的良师益友。他成为了一名不知疲倦的招聘人员，并为刚刚开启职业生涯的员工提供指导。他的奉献精神和人格魅力激励了一代高级管理人员和工程师，他们从他的耐心讲解、鼓励和帮助中受益颇深。Spurlock低调而坚定的为LeRC、社区和他的教堂服务。20世纪90年代初，Spurlock为LeRC积极招募新员工，尤其是年轻的非裔美国人。

1990年，NASA向Spurlock颁发了杰出领导力奖，以表彰其在招募和指导后辈方面作出的贡献。

图 Frank Spurlock获NASA杰出领导力奖（1990）

1997年，Spurlock在NASA工作了35年后退休，这与DUKSUP在Titan4号/Centaur-Cassini任务后退休的时间相吻合。到了20世纪90年代，计算系统的进步使得更简单的系统，例如直接上升技术，比Spurlock的独特但复杂的DUKSUP更具吸引力。退休后，他为NASA和私人公司提供任务设计、轨道和空间运输规划方面的咨询。

Spurlock于2014年（5月在拜访亲友时突发疾病）去世。他和合著者Craig Williams本计划在美国航空航天协会（AIAA）第50届联合推进大会上发表一篇论文，对他著名的轨迹优化计算机程序进行总结性的记录，但在会议召开前几周Spurlock驾鹤西去了。非营利社区组织BereaNorthEnd基金会将其夏令营更名为Frank Spurlock Science Camp，以此纪念Spurloc对青年和科学教育的贡献。

Joe Nieberding于1966年在John Carroll大学获得物理学学士学位，于1972年获得工程科学硕士学位后，一直活跃在航空航天行业的管理和技术工作领域，在领导和参与NASA独立审查小组以及评估NASA高级空间任务规划方面拥有超过42年的管理和技术经验。

图 Joe Nieberding退休前在Glenn研究中心的留影

早期职业生涯，他是NASA肯尼迪航天中心（KSC）Atlas/Centaur和Titan/Centaur运载火箭的发射团队成员，参与过65次发射任务。他是一位公认的航天运载火箭和先进运输体系规划专家。后来，他领导并参加了NASA总部的许多独立项目审查小组。Nieberding在NASA格伦研究中心（Glenn Reserch Center，GRC；译者注：前述LeRC改名后即GRC）工作了35年，他指导了高级空间分析办公室的工作，开展了GRC所有探索性高级概念研究工作，包括NASA许多高级任务应用的运输、推进、动力和通信系统。

2000年退休后，他为NASA和其他许多政府机构提供过咨询。此外，Nieberding还是Aerospace Engineering Associates的联合创始人和总裁，也是一项备受赞誉的航天工程课程“任务成功第一：经验教训”的合著者和演讲者，服务对象包括：NASA各大研究中心、商业航天公司（Boeing、ATK、SpaceX、BlueOrigin、Sierra Nevada、Orbital Science、Ball等）以及国外的相关研究机构（ESA、土耳其、新加坡等）。

图 Joe Nieberding退休后成立了咨询公司，向业界传授工程研制经验

Craig Williams，康涅狄格州斯坦福德人，分别于1982年、1983年获得康奈尔大学机械工程理学学士学位和密歇根大学航空航天工程硕士学位。

图 Craig Williams

Williams是航天运输项目办公室的高级工程师。自1983年以来，他一直在NASA GRC工作，专门研究先进的空间推进技术和深空飞行器的概念设计——协助指导NASA先进核聚变空间推进研究项目，该项目旨在实现快速太阳系航天器推进技术。目前，他领导一个NASA/DOE/大学联合团队进行实验室实验和设计航天器，能够通过以下途径将人类送往外行星及其卫星：核裂变、核聚变或物质-反物质湮灭系统。

Williams曾在美国空军服役，期间担任Titan4运载火箭的系统工程指挥，并获得了美国空军的表彰和成就奖章。自1992年以来，一直是俄亥俄州的专业注册工程师。

图 Craig Williams于2019年参加OSAPS/MIAAPT活动的讲座

OSAPS/MIAAPT: Ohio Section of the American Physical Society & the Michigan Section of the American Association of Physics Teachers

Willims曾担任过的职位包括：

NASA总部：

※未来空间运输系统联络员；

※技术政策分析员，在国会听证会上为NASA证人准备材料，并审查证词的技术准确性；

※保证航天飞机可用性计划的项目经理，指导技术方法启动航天飞机的重大升级；

※Cassini号土星探测任务设计工作组组长；

NASA-GRC：

※NASA“进入太空”工作组代表，该工作组评估了美国未来可行的航天运载火箭；

※联合释放和辐射效应卫星任务飞行设计工作组组长；

※Centaur改进研究项目经理；

※STS/Centaur任务的发射弹道分析，如：Galileo-Jupiter任务。

最后是一个几年前就了解到的，在NASA干了几十年，辞职去追求自己兴趣的折纸大神，以他的经历作为结尾吧——兴趣、天赋、机遇都很重要，这得算是一个非典型案例了，非常羡慕……

图 Robert Lang

1988年起，物理学家罗伯特·朗开始NASA工作，他在那里研究激光。他获得了46项光电子专利，甚至还写了一篇博士论文，名为《半导体激光器：新几何和光谱特性》。但在2001年，朗离开了NASA，开始追求他从小就热爱的折纸。在折纸界，朗现在是一个传奇人物，而不仅仅因为其引人注目的、复杂的设计让这门手艺风生水起，他的一些工作开拓了将折纸原理应用于复杂现实世界工程问题的新方法。

图 采用折纸技术设计的卫星太阳能帆板概念图

4位NASA（前）员工：1位仍在职，从事与新概念动力系统、轨迹任务规划有关的工作；2位从数值计算-轨迹任务规划，转到预研管理、专家咨询岗位，并在老带新、传帮带、文化传播方面发挥余热，已从NASA退休，其中1位已过世；1位从事光电子相关工作，半途去追求自己的爱好——折纸术，并在该领域打出一片新天地。他们的职业生涯都没有史书上那些伟岸时刻，但也许他们都是幸福和满足的。