Вычислитель (профессия)

Астрономы эпохи Возрождения применяли термин «вычислитель» примерно так же часто, как и называли себя «математиками», при этом основной их работой было определение позиций планет. Часто для помощи учёным нанимали вычислителей. Для некоторых, как, например, для Иоганна Кеплера, такая работа была временной ступенью перед дальнейшими научными достижениями. Перед смертью в 1617 году Джон Непер предложил способы, с помощью которых «учёные, возможно, имеющие множество учеников и вычислителей», могли бы создать улучшенные таблицы логарифмов^[3].

Вычислительная деятельность стала более организованной, когда француз Алексис Клод Клеро (1713–1765) разделил вычисление времени возвращения кометы Галлея между собой и коллегами Жеромом Лаландом и Николь-Рен Лепо. Вычислители продолжали составлять астрономические таблицы для альманахов в конце 1760-х годов.

Среди вычислителей, работавших над «Навигационным альманахом» Британского Адмиралтейства, были Уильям Уэлс, Израэль Лайонс и Ричард Данторн. Общую работу координировал Невил Маскелайн, который при первой же возможности заимствовал готовые таблицы, чтобы сократить вычисления внутри своей команды. Женщины обычно не приглашались к этим работам, за исключением отдельных случаев, например, Мэри Эдвардс, которая работала вычислителем в Британском «Навигационном альманахе» с 1780-х до 1815 года. В США с 1840-х годов разрабатывалась собственная версия навигационного альманаха, одним из самых известных вычислителей которой была Мария Митчелл.

Другим новшеством стала организация вычислительной работы под руководством Джорджа Айри в Гринвичской обсерватории. С 1835 года Айри нанимал даже пятнадцатилетних мальчиков для обработки накопленных данных. Его методы — централизация, стандартные формы, регламентированные процедуры проверки — стали образцом для вычислительных проектов на последующие восемьдесят лет.

После 1865 года женщины стали играть всё более заметную роль как штатные вычислители, часто нанимаясь частными фирмами также для административной работы.

В 1870-х годах Сигнальный корпус армии США разработал новую систему организации вычислений для отслеживания погодных условий. Это строилось на предыдущем опыте военно-морского флота и Смитсоновского метеорологического проекта. Работа выполнялась в жёстком ритме — интенсивными, двухчасовыми сменами, каждый вычислитель отвечал только за свою часть данных.

В конце XIX века Эдвард Чарльз Пикеринг организовал знаменитую группу «Гарвардских вычислителей» — к 1880 году все вычислительские должности в Гарвардской обсерватории занимали женщины. Минимальная зарплата составляла 25 центов в час; спрос был настолько велик, что некоторые женщины соглашались работать бесплатно. Среди гарвардских вычислителей особенно известны Флоренс Кушман, Генриетта Суон Ливитт и Энни Джамп Кэннон, а также Мина Флеминг — автор «Каталога спектров Дрейпера» (1890), который стал основой последующих томов звёздных каталогов. Среди вычислителей, принимавших участие в поиске Плутона в Лоуэлловской обсерватории, была Элизабет Лэнгдон Уильямс.

В 1893 году Фрэнсис Гальтон создал специальный комитет Королевского общества Великобритании по статистическим исследованиям характеристик растений и животных. Первым учёным комитета стал Рафаэль Уэлдон, в состав команды вычислителей которого входила его жена Флоренс. Для вычислений использовались логарифмические и иные таблицы, без машин. Карл Пирсон, возглавлявший лабораторию в Университете Лондона, разработал формулу корреляции, которую принял на вооружение и свой коллектив, состоявший как из мужчин, так и из женщин; среди них была Алиса Ли, работавшая над статистическим анализом, а также сёстры Беатрис и Фрэнсис Кейв-Браун-Кейв. К 1906 году лаборатория Пирсона достигла высочайшего мастерства в подготовке математических таблиц.

Вычислители составляли математические таблицы в XVIII–XIX веках — тригонометрические, логарифмические и др. Хотя издания обычно носили имена знаменитых математиков, в действительности они создавались целыми армиями анонимных специалистов. Для нужд навигации и инженерии требовалась всё большая точность, и проекты часто разделялись на фрагменты, работавшиеся поштучно на дому (в основном среди образованных женщин). Результаты поступали и передавались по почте. В 1925 году Королевское астрономическое общество Великобритании организовало Комитет по математическим таблицам — фактически единственное профессиональное объединение вычислителей того времени. В 1791—1801 годах в рамках проекта «Tables du Cadastre» под руководством Гаспара де Прони была применена трёхуровневая иерархическая система разделения труда. На первом уровне 5—6 математиков (включая Адриена Мари Лежандра и Лазара Карно) разрабатывали формулы и вычисляли фундаментальные значения. На втором уровне 7—8 вычислителей с хорошей математической подготовкой преобразовывали формулы в разностные схемы и готовили пошаговые инструкции. На третьем уровне 60—80 неквалифицированных работников выполняли рутинные операции сложения и вычитания по готовым правилам^[4].^[5] В США в 1938—1948 годах действовал Проект математических таблиц под руководством Арнольда Лоуэна и технического директора Гертруды Бланш. В рамках программы Управления общественных работ около 450 вычислителей вручную создали десятки томов высокоточных таблиц для научных, инженерных и военных нужд^[6].^[7]

Вычислители прогнозировали последствия строительства дамбы Афсляйтдейк в нидерландском заливе Зёйдерзее (1927–1932). Расчёты были организованы Хендриком Лоренцем^[8].

Луис Фрай Ричардсон в 1922 году рассчитал, что для численного прогноза погоды на всей Земле потребуется 64 000 человек-вычислителей. Около 1910 года под его руководством вычислители применялись для расчётов напряжений в каменных плотинах.

Лишь в годы Первой мировой войны вычисления стали профессиональной деятельностью. «Первая мировая потребовала большого числа вычислителей — с обеих сторон. Они составляли военные карты, навигационные и баллистические таблицы. Большинство новых сотрудников в этот период — женщины с университетским образованием»^[9]. Такая ситуация повторилась во Вторую мировую войну: женщины заняли вычислительные должности по мере призыва мужчин в армию. Одна из первых сотрудниц-вчислителей, Элизабет Уэбб Уилсон, была нанята Армией в 1918 году и обладала математическим образованием; после войны стала актуарием.

Во время Второй мировой войны вычислители играли важную роль в США — особенно среди женщин с математическим образованием. В 1940-х годах их нанимали для анализа треков элементарных частиц и радиоактивных эмульсий. В рамках Манхэттенского проекта вычислители и механические устройства помогали решать сложные численные задачи, связанные с ядерным делением.

Вычислители участвовали в составлении артиллерийских таблиц в Первой мировой войне. Между войнами их труд использовался в Министерстве сельского хозяйства США и в колледже Айова. Тогда же стали применяться калькуляторы и ранние электрические вычислительные машины. В 1930-х годах в бюро статистики Колумбийского университета под руководством Бенджамина Вуда была выстроена системная организация вычислений; аналогичные структуры появились в Университете Индианы, комиссии Коуэллса и Национальном исследовательском совете США.

В советском атомном проекте (1948–1955) важнейшую роль играли специализированные расчётные и математические бюро, которыми руководили выдающиеся учёные: С. Л. Соболев (расчётное бюро спецлаборатории атомного ядра при Академии наук), М. В. Келдыш (расчётное бюро Института математики Академии наук), А. Н. Тихонов (математическое бюро Геофизического института Академии наук) и Л. В. Канторович (расчётная группа Ленинградского отделения Института математики Академии наук)^[10].

В отличие от Манхэттенского проекта, где уже применялись ранние ЭВМ, в СССР из-за нехватки вычислительной техники расчёты проводились вручную с использованием арифмометров «Феликс» и клавишных машин «Мерседес». Для ускорения работы применялся метод распараллеливания, при котором в вычислениях одновременно участвовали 30–40 человек. Аппаратное отставание компенсировалось инновациями в области вычислительной математики и разработкой новых математических алгоритмов, в частности, созданием теории разностных схем^[11].^[10]

После Второй мировой войны в Национальном консультативном комитете по аэронавтике (НАКА) вычислители переводили исходные данные с киноплёнки и бумажных графиков в инженерные единицы, используя логарифмические линейки и электрические калькуляторы. В книге Марго Ли Шеттерли «Скрытые фигуры» (и одноимённом фильме) описывается вклад афроамериканских женщин-вычислителей НАСА, поддерживавших полёт капсулы «Френдшип-7» на орбиту^[12]. НАКА начала нанимать афроамериканок ещё с 1940 года, одной из первых стала Дороти Воган, работавшая с 1943 года в Центре Лэнгли и впоследствии возглавившая подразделение «Западных вычислителей»^[13]. На тот момент вычислительный труд считался «черновой» работой. 8 ноября 2019 года всем женщинам, работавшим вычислителями, математиками и инженерами в НАКА и НАСА с 1930-х по 1970-е годы, была присуждена Золотая медаль Конгресса США. 18 сентября 2024 года состоялось вручение медали Кэтрин Джонсон, Кристин Дарден, Дороти Вон, Мэри Джексон и всем женщинам-вычислителям НАКА и НАСА^[14][15].

Во время Второй мировой войны женщины-вычислители играли ключевую роль в расчёте баллистических траекторий на Абердинском испытательном полигоне и в Пенсильванском университете, вручную решая сложные дифференциальные уравнения^[16].^[17].

Огромная трудоёмкость ручных расчётов привела к созданию первого электронного компьютера — ЭНИАК^[16][17]. Поскольку для его программирования были привлечены бывшие вычислители, мировыми первопроходцами этой профессии стали шесть женщин: Кэй Макналти, Бетти Снайдер, Мерлин Уэскоф, Рут Лихтерман, Бетти Джин Дженнингс и Фрэн Билас^[18]. Они перенесли свои алгоритмы ручных вычислений на компьютер, став первыми программистами^[17][19].

Термин «человек-вычислитель» в последние годы используется в сфере человеко-центрированных вычислений — то есть в области расчётов, где часть задач делегируется людям, а не машинам. Однако в подобных вычислительных концепциях людям зачастую не выдаётся чёткой инструкции — напротив, подход HBC базируется на «аутсорсинге», а не на чётком следовании известным алгоритмам. Историческая роль вычислителя как исполнителя чётко сформулированных операций в современном HBC встречается редко.