Người phụ nữ đặt nền móng cho hệ thống định vị toàn cầu GPS

Sinh ngày 27-10-1930 trong một gia đình nông dân nghèo, đứa bé da màu Gladys West không thể hình dung được con đường sau này của mình: trở thành nhà toán học và đóng góp vào nghiên cứu đặt nền móng cho việc tạo ra hệ thống định vị GPS.

Gladys West sinh ra tại Sutherland, Virginia, Mỹ vào giai đoạn đầu của cuộc Đại suy thoái. Cha mẹ bà đã làm việc cật lực để trang trải cuộc sống tại thị trấn nông thôn, nơi mà cư dân da màu có rất ít cơ hội việc làm ngoài nghề nông và chế biến thuốc lá. 

Nhưng trong khi bổ củi và cho gà ăn, West đã mơ về "nhiều hơn nữa" - "nhiều sách hơn, nhiều lớp học hơn, nhiều giáo viên hơn và nhiều thời gian hơn để mơ mộng"... - như bà viết trong cuốn hồi ký "Bắt đầu bằng một giấc mơ".

Từ học sinh xuất sắc

Ở trường cấp III, West học xuất sắc các môn toán học và khoa học. Đó chính là lúc bà chợt nhìn thấy một con đường: hai học sinh tốt nghiệp xuất sắc nhất sẽ được nhận học bổng đại học. West đã giành được vị trí thủ khoa và trở thành người đầu tiên trong gia đình, và người thứ hai trong cộng đồng của mình, bước chân vào đại học.

Sau khi tốt nghiệp Trường đại học Tiểu bang Virginia (Virginia State University) với tấm bằng cử nhân toán học, West trở thành giáo viên tại một trường trung học nông thôn dành riêng cho người da màu. Vài năm sau, bà lấy bằng thạc sĩ toán học.

Không lâu sau đó, West nhận được một bức thư từ Bãi thử Hải quân (Naval Proving Ground), nay là Cơ sở Hỗ trợ Hải quân (Naval Support Facility) ở Dahlgren, Virginia. Bà đã ứng tuyển cho chức danh chuyên viên toán học.

Năm 1956, vào thời điểm West đến nhận việc, Dahlgren là trung tâm máy tính chính của Hải quân. Nhiệm vụ đầu tiên của West bao gồm lập trình và mã hóa các thuật toán để tính toán bảng tầm bắn của hệ thống vũ khí, một ưu tiên hàng đầu trong bối cảnh căng thẳng Chiến tranh lạnh giữa Hoa Kỳ và Liên Xô. 

Bà cũng nghiên cứu về quỹ đạo bay cho chương trình vệ tinh còn non trẻ của Hoa Kỳ, một dự án khác cũng do Chiến tranh lạnh thúc đẩy.

Đến việc đặt nền móng cho GPS

Vào những năm 1960, trong bối cảnh phong trào Dân quyền, các dự án của West chuyển từ hệ thống vũ khí sang bản chất cơ bản của quỹ đạo, lực hấp dẫn và hình dạng Trái đất. Phần lớn công việc mang tính chất tuyệt mật: Bộ Quốc phòng muốn có một hệ thống định vị vệ tinh chính xác, ổn định và Hải quân đang phát triển những mảnh ghép quan trọng của một cơ cấu nền tảng cho Hệ thống Định vị toàn cầu, hay GPS.

West viết: "Một trong những nhiệm vụ của tôi là tính toán mặt geoid, hình dạng giả định của Trái đất, trùng khớp với mực nước biển trung bình và phần mở rộng tưởng tượng của nó phía dưới, hoặc phía trên các khu vực đất liền". Bà còn đối mặt thêm thách thức khi làm việc chủ yếu với dữ liệu vệ tinh thu thập được trên mặt nước, điều đòi hỏi phải đưa thủy triều và các lực khác vào tính toán.

Ngoài mô hình geoid, công trình của bà đã cải thiện mô hình ellipsoid quy chiếu của Trái đất và các mô hình quỹ đạo vệ tinh. Công trình này đã đặt nền móng cho GPS. Bà viết: "Nếu không có ba yếu tố then chốt này, việc sử dụng vệ tinh để xác định một vị trí trên Trái đất sẽ là không thể. Các yếu tố này càng được xác định và liên tục tinh chỉnh tốt bao nhiêu, thì kết quả định vị càng chính xác bấy nhiêu".

West đã dành vài thập kỷ tiếp theo để cải thiện những kết quả này, đồng thời hoàn thành bằng thạc sĩ quản lý công. Bà đã lãnh đạo các dự án phân tích dữ liệu cho hai sứ mệnh vệ tinh của NASA nhằm phát triển hơn nữa các mô hình, và công bố một số bài báo khoa học liên quan đến GPS. Tuy nhiên, West thường bị gạt qua một bên trong các cơ hội thăng tiến nghề nghiệp mà các đồng nghiệp nam da trắng được trao.

Đến năm 1964, Hải quân đã triển khai hệ thống định vị vệ tinh đầu tiên, tiền thân của GPS, được gọi là Transit. Hệ thống này sử dụng năm vệ tinh và có thể tạo ra vị trí chính xác trong phạm vi khoảng 150m, mặc dù thường mất đến một giờ để có được kết quả. 

Vào những năm 1970, quân đội bắt đầu lên kế hoạch cho một hệ thống tiên tiến hơn có thể tạo ra dữ liệu vị trí gần như ngay lập tức. Nhưng một vấn đề cơ bản đã hạn chế khả năng tạo ra loại dữ liệu vị trí chính xác mà chúng ta đang có ngày nay với GPS, thường có độ chính xác khoảng 1m. Vấn đề này nằm ngay trong bản chất của thuyết tương đối của Einstein.

Đến những năm 1990, khi các con bà đã lớn và chồng bà nghỉ hưu, West đã sẵn sàng cho "nhiều hơn nữa". Trong khi vẫn làm việc toàn thời gian tại Dahlgren, bà đã hoàn thành khóa học và các kỳ thi để lấy bằng tiến sĩ về quản lý công và các vấn đề công.

Sau 42 năm làm việc, West nghỉ hưu tại Dahlgren vào năm 1998. Bà viết trong một email: "Điểm nổi bật nhất là khi tôi có thể hiểu hệ thống phần mềm đủ rõ để xác định được các vấn đề của nó".

Năm 2000, hồi phục sau hai cơn đột quỵ, West đã hoàn thành luận án và nhận tấm bằng tiến sĩ. Trong hồi ký của mình, bà gọi đó là "thành tựu tuyệt vời nhất trong cuộc đời tôi".

Giờ đây, ở tuổi 95, West vẫn đang nghĩ về "nhiều hơn nữa". Bà muốn thấy nhiều phương pháp dạy toán thú vị hơn, nhiều thanh niên theo đuổi các lớp học STEM hơn và nhiều cô gái, nhiều phụ nữ tự tin hơn trong khoa học. Bà nói: "Hãy tiếp tục học hỏi. Hãy theo đuổi giấc mơ của mình".