老調新彈

錢學森，１９１１年１２月１１日出生於上海，是獨生子。父親錢均夫（名家治，後以號行）是浙江杭州一沒落絲商第二子，少小就學於當時維新的杭州求是書院，曾到日本學教育和地理、歷史。母親章蘭娟是當時杭州富商的女兒。錢學森的外祖父欣賞錢均夫的才華，把自己的女兒許配給他。民國成立後，錢均夫就職北京當時的教育部。錢學森在３歲時隨父到了北京，上過蒙養院（幼兒園）、女師大附小、師大附小和師大附中。學校內的教育啟發了錢學森對科學的興趣，使錢學森產生對舊社會腐敗的深切不滿和對祖國前途、人民命運的無比關心。錢學森一次在圖書館借了一本講相對論的小冊子，書中第一句話提到２０世紀有兩位大師：一位是自然科學大師Ａ．愛因斯坦，一位是社會科學大師列寧。錢學森對老師們的教誨感激不盡，他後來說；「我若能為國家為人民做點事，皆與老師教育不可分！」

圖2:在加州理工求學的錢學森

１９２９年考入上海交通大學機械工程系。在交大，錢學森非常感激兩位倡導把嚴密的科學理論與工程實際結合起來的老師，一位是工程熱力學教授陳石英，一位是電機工程教授鍾兆琳。每學期平均分數都超過９０分，因而得到免交學費的獎勵。在１９３４年暑假，錢學森從上海交大機械工程系鐵道機械工程專業畢業。尚未派定工作，就考取了清華大學公費留學，專業是飛機設計，兩位導師一是王助，一是王士倬。王助是我國早年航空工程師，設計製造了中國第一代飛機，他教導錢學森重視工程技術實踐和製造工藝問題。王士倬是清華教授。依照清華關於留美學生的規定，錢學森在１９３４—１９３５年到杭州覽橋飛機廠實習，又到南京、南昌空軍飛機修理廠見習，最後到北京參觀清華並拜訪導師王士倬，也見到王士倬當時的助教張捷遷。錢學森這次來京，看到北京在沒落，頗有感觸。１９３５年，當時錢學森的心情是：中國混亂，豺狼當道，暫時到美國去學些技術，他日回來為國效勞。到了美國進入麻省理工學院航空系，成績不但比美國學生好，而且比同班的其他外國人都好，這使他感到作為一個中國人而自豪。１９３６年１０月，錢學森轉學到加州理工學院，開始了與馮•卡門教授先是師生後是親密合作者的情誼。

圖3:於美軍實驗基地擔任組長時的團隊照片

圖4:重反加州理工擔任噴射推進中心主任一圖

錢學森成為成都航空研究所的通訊研究員同時由於美國戰時軍事科學研究的需要，暫時放鬆了對外國人的限制，故得以參加機密性工作。１９３９年前後，美國空軍開始支持火箭研究。１９４２年，美國軍方委託加州理工學院舉辦噴氣技術訓練班，錢學森是教員之一，與陸海空三軍技術人員有了接觸。後來美軍從事火箭導彈的軍官中，有不少是他當時的學生。１９４４年，美國陸軍得知德國研製Ｖ－２火同時錢學森還當了航空噴氣公司（ＡｅｒｏｊｅｔＣｏｍｐａｎｙ）的技術顧問，加州理工學院提升錢學森為講師。馮•卡門對錢學森是很欣賞的，所以在１９４５年初他被空軍聘為科學咨詢團團長的時候，提名錢學森為團員。第二次世界大戰結束的前夕，錢學森隨科學咨詢團去歐洲，考察英、德、法等國的航空研究，特別是法西斯德國的火箭技術發展情況。這時加州理工學院提升他為副教授。這一時期，他取得了在近代力學和噴氣推進的科學研究方面的寶貴經驗，成為當時有名望的優秀科學家。

１９４６年暑期錢學森也離開加州理工學院，再到麻省理工學院任副教授，專教空氣動力學專業的研究生。１９４７年初，３６歲的錢學森進入了麻省理工學院年輕的正教授行列。１９４８年祖國解放事業勝利在望，錢學森開始準備歸國。為此他要求退出美國空軍科學咨詢團，但直到１９４９年才得以實現。他兼任的美國海軍炮火研究所顧問的職務，直到１９４９年秋從麻省理工學院回到加州理工學院就任噴氣推進技術教授職務時才辭去。回到中國後，領到了中華人民共和國航空工業建設。

圖5:錢學森

１９５５年１１月，錢學森和錢偉長合作籌建中國科學院力學研究所。１９５６年１月５日，力學所正式成立，錢學森任第一任所長，直至７０年代後期。在錢學森倡議下，中國應用與理論力學學會在１９５７年正式成立，錢學森被一致推舉為第一任理事長，以後又任中國力學學會第一任理事長。１９５８年任中國科學技術大學近代力學系主任，講授星際航行概論和物理力學。１９５６年春，錢學森應邀出席中國人民政治協商會議第二屆全國委員會第二次全體會議，並在會上發言。２月１日晚，毛澤東主席設宴招待全體委員，並特別安排錢學森同自己坐在一起，進行了親切的談話。這是一個有意義的時刻，它表明了錢學森從１９５５年１０月８日回到祖國後，已全身心地投入一項新的事業——中國共產黨領導的現代化建設事業。１９５９年經杜潤生、楊剛毅介紹，錢學森加入了中國共產黨。

１９５６年５月１０日，聶榮臻元帥提出《關於建立我國導彈研究工作的初步意見》，並且建議：在航空工業委員會下設立導彈管理局，錢學森任總工程師；建立導彈研究院，錢學森任院長。錢學森很快受命負責組建我國第一個火箭、導彈研究院——國防部第五研究院。１９５６年１０月８日，恰好是錢學森回歸祖國一週年的日子，聶榮臻元帥親自主持五院成立儀式。這一天也是對新中國１５６名大學畢業生進行導彈專業教育訓練班的開課紀念日。

建議國家早日制訂我國人造衛星的研究計劃，列入國家任務，促進這項重大的國防科學技術的發展。」１９７０年，在周恩來總理的直接關懷下，錢學森、李福澤、楊國宇、任新民、戚發韌等在酒泉衛星發射場組織實施了第一顆人造衛星的發射工作。１９７０年４月２４日，重量為１７３公斤的我國第一顆人造衛星發射成功。錢學森和發射基地的領導人及試驗隊的代表在現場發表了熱情洋溢的講話。「這顆衛星向全世界播送的《東方紅》樂曲，宣告了新中國迎來了航天時代的黎明。

應用力學

錢學森在應用力學的幾個領域都做過開拓性的工作。　　

空氣動力學方面在２０年代末期，力學工作者對飛機機翼理論的闡明和對流體物體在表面產生的摩擦阻力的理解，導致了流線型單翼飛機的設計概念的形成，推動了當時航空技術的發展。到３０年代中期，終於因全金屬薄殼結構的出現而變成事實，完成了飛機設計中的一次革命。後來飛機的速度逐漸增加了，出現的問題是採用老式氣動力設計的飛機飛到接近聲速時產生衝擊波，飛機的阻力很快加大。於是出現一種不正確的說法，即聲速就是「聲障」，是突不破的。３０年代開始大力發展的氣動力學，或者叫可壓縮流體力學，陸續產生了後掠翼概念、有效等截面概念、超臨界翼概念，以及計算發動機功率要求的方法。這就為跨過聲速的飛行奠定了理論基礎，指出了發展超聲速航空器的方向。航空技術的這一進展，是通過整整一代理論科學家和實踐工程師的思考和奮鬥而取得的。錢學森對空氣動力學的貢獻，就是在這樣的歷史背景下作出的。比較突出的貢獻有：

１．１９３８年，錢學森與馮•卡門合作進行的可壓縮流動邊界層研究，揭示了即使一個運動的熱體與外界冷空氣在某一飛行馬赫數時有相當的溫度差，對物體的冷卻仍逆變為加熱。這是由於空氣受壓縮，溫度升高和邊界層傳熱率增加的結果。錢學森和馮•卡門給出了發生這種逆變的馬赫數計算公式。他們當時在考慮此問題時，還只有理論上的興趣，後來證明，這顯然是一個實際問題。例如，垂直起飛火箭就與它有關。　　

２．在３０年代末，這一研究有實際意義：當時試驗飛機模型的風洞風速一般都不高，與聲速比即馬赫數不到０．２，不能測定飛機在高馬赫數飛行時表面受到的壓力，因此極需一個從低馬赫數風洞實驗結果修正到高馬赫數的方法。計算壓縮性影響的第一個近似理論，是由Ｌ．普朗特（Ｐｒａｎｄｔｌ）和Ｈ．葛勞渥（Ｇｌａｕｅｒｔ）提出的，該理論基於擾動很小的假設，在亞聲速情況能導出一種適用於估算壓縮性影響的簡單修正法，但不夠完善。錢學森在１９３９年發表了關於可壓縮流體二維亞聲速流動的研究結果，馮•卡門在１９４１年發表了關於空氣動力學中壓縮效應的研究成果。他們對翼上的壓縮作用，共同提出了一個更普遍一些的修正，不用擾動很小這一假設，而是基於經過他們修正的流動方程的另一種線性化，使它能應用於高速流動，特別是應用於計算作用在翼型上的諸力。卡門－錢學森方法能給出某一速度範圍內的滿意結果。　　

３．錢學森與郭永懷合作，最早在跨聲速流動問題中引入上下臨界馬赫數的概念。他們發現，對某一給定外形，在均勻的可壓縮理想氣體來流中，當來流馬赫數達到一定值時，物體附近的最大流速達到局部聲速，這時的來流馬赫數即為下臨界馬赫數；當來流馬赫數再高時，物體附近出現超聲速流場，這時數學解仍然存在，但當來流馬赫數再增加時，數學解突然不可能，即沒有連續解，這就是上臨界馬赫數。所以真正有實際意義的是上臨界馬赫數，而不是以前大家所注意的下臨界馬赫數，這是一個重大發現。

固體力學方面

早年薄殼結構理論有一個謎，如圓柱形薄殼受軸向負載時，其理論失穩值遠大於實測數，差３至４倍。為解決這個問題，從１９４０年開始，錢學森與馮•卡門合作，對飛機金屬薄殼結構非線性屈曲理論的研究取得了一系列成果，包括外部壓力所產生的球殼的屈曲，結構的曲率對於屈曲特性的影響，受軸向壓縮的柱面薄殼的屈曲，有側向非線性支撐的柱子的屈曲，以及曲度對薄殼屈曲載荷的影響等。結果說明過去理論的缺點在於忽視了大撓度非線性影響。

最優彈道理論

錢學森親身經歷了流體力學作為一門技術科學，怎樣從空氣動力工程師、水力工程師、氣象工程師以及其他有關領域工程師的工程技術實踐中分離出來的過程。由於有了流體力學提供的理論與方法，上述領域的工程師們才能在他們日常的工程技術實踐中分享流體力學研究成果。至少可以說，如果沒有流體力學提供的理論與方法，那麼對超聲速流動的瞭解與利用肯定會大大延遲。站在這樣的科學思想和方法論高度，錢學森在４０年代末、５０年代初對第二次世界大戰後迅速發展的控制與制導工程技術實踐進行全面觀察時，具有比旁人更敏銳的眼光去發現、提煉出指導控制與制導系統設計的普遍性概念、原理、理論和方法，從而創建了作為一門技術科學的《工程控制論》，就是十分自然的事了。　　
工程控制論在其形成的過程中，把設計穩定與制導系統這類工程技術實踐作為主要研究對象。錢學森本人就是這類研究工作的先驅者。１９５１年，錢學森研究了一種探空火箭的最優推進的設計，即求探空火箭的最優彈道問題，要求提出一條理想彈道，在相同的燃料消耗條件下，使火箭達到的高度最大。由於這種彈道很長，而彈體上控制系統的動作速度相對於這條最優彈道來說是足夠大的，錢學森在考慮最優彈道的選擇時，把彈體看成是其重心（質心）的運動，而略去剛體運動及彈上控制設備的運動規律，成功地實現了古典變分法對這類問題的應用。錢學森從這裡提煉出一種普遍性的看法：針對在整個運動過程中受控對像本身的特性並不重要，重要的是運動規律全局情況，即可以不考慮受控對象的運動方程式的情況下，古典變分法給控制系統設計提供了一種理論與方法。　　

在１９５２年，錢學森研究過有時滯的線性系統的一個特例。這個特例就是利用反饋控制的方法使火箭發動機中的燃燒過程穩定。錢學森在 「火箭噴管的傳遞函數」的研究工作中，為了使計算簡單起見，假設了只使用一種液體燃料的情形。如果燃燒室中可能發生的振蕩頻率相當低，就可以把燃燒室內的壓力看作是均勻的，而且錢學森作了第一次近似，把流過噴口的氣流看作是似穩的，即在任何一段不太長的時間間隔內都可以看作是平穩的。錢學森引入了Ｌ．克洛科（Ｃｒｏｃ－ｃｏ）的壓力與時滯相關的概念，以及明確地引進離開均勻穩定狀態的微小擾動概念，成功地建立了描述燃燒室壓力變化規律的方程，並進而研究了時滯系統的運動規律。

彈道攝動理論

　　彈道攝動理論在變係數線性控制系統設計中的應用，也是錢學森的早期研究成果。應用彈道攝動理論的本來目的，只是計算飛行器彈道相對於標準彈道的微小修正量（這種修正是由於飛行器的重量與標準值之間的誤差、大氣狀態的改變、風的擾動作用等因素引起的）。由於現代大型快速電子計算機的出現，完全可以分別地直接計算每一條受擾的彈道，所以彈道攝動理論在彈道計算上的用處也就隨之消失了。然而，變係數線性控制系統的設計問題卻恰好可以應用彈道攝動理論。Ｒ．德瑞尼克（Ｄｒｅｎｉｋ）在１９５１年研究過這種理論對遠程火箭控制問題的應用。但是，錢學森在１９５２年發表的《長射程火箭飛行器的自動導航》研究結果，不僅比德瑞尼克的結果更完善，而且包含了自動導航的內容。

物理力學　　

錢學森在１９４６年將稀薄氣體的物理、化學和力學特性結合起來的研究，是先驅性的工作。１９５３年，他正式提出物理力學概念，主張從物質的微觀規律確定其宏觀力學特性，改變過去只靠實驗測定力學性質的方法，大大節約了人力物力，並開拓了高溫高壓的新領域。１９６１年他編著的《物理力學講義》正式出版。現在這門學科的帶頭人是芶清泉。１９８４年，錢學森向芶清泉建議，把物理力學擴展到原子分子設計的工程技術上。

系統工程　　

錢學森以他在總體、動力、制導、氣動力、結構、計算機、質量控制等領域的豐富知識，為組織領導我國火箭、導彈和航天器的研究發展工作發揮了巨大作用，他對中國火箭導彈和航天事業的迅速發展作出了卓越貢獻。學術上最重要的貢獻是發展了航天系統工程。　　

航天系統工程的起源，可以追溯到２０世紀４０年代。在４０年代，噴氣推進實驗室通過研究火箭助推飛機起飛裝置開始，逐步從加州理工學院的一個工程研究小組演化成為航天工程研究組織。錢學森運用並發展了他在噴氣推進工作中獲得的經驗，從５０年代後期中國航天計劃開始實施的時候起，他就和廣大幹部、科技人員在周恩來總理和聶榮臻主任領導下，把當時蘇聯航空技術發展中的總體設計部和我國行政組織管理的實際結合起來，這也就是今天稱為航天系統工程的組織管理。現在，中國的航天系統工程已發展到成熟階段，它包括：　　

（１）由總體設計部對航天工程進行科學的技術管理（又稱技術協調）。總體設計部由熟悉大系統各方面專業的技術人員組成，在總設計師的領導下，根據任務的要求，用系統分析的方法進行大系統指標論證、總體方案（包括技術途徑、經濟性和可行性）論證、流程設計和系統環境分析，選擇總體參數和構形，以確定系統體系結構的組成、功能；從整個大系統的要求出發，提出各組成系統的設計參數和技術要求，將各組成系統結合成一個有機的整體，進行系統試驗和系統使用方法的總體設計，提出各種試驗和使用設施的技術要求，或對現有試驗和使用設施提出採用或改造的建議。　　

（２）在整個航天系統工程過程中，採用建模與仿真技術。包括數字仿真和半實物仿真，以實現系統方案的整體優化、系統功能和結構的協調一致。　　

（３）計劃管理機關用管理信息系統對航天工程實行科學的計劃管理。這種有電子計算機的信息系統能夠形成一高效的數據庫，不斷將各項工作的歷史情況和最新進度顯示出來，對經常變動的計劃進展情況進行快速處理，使計劃管理人員及時掌握整體計劃的全面動態，發現薄弱環節，對擬採取的計劃協調措施用網絡模型和電子計算機進行模擬，預測措施的效果，為決策提供依據，選擇人力、物力和財力的最佳調度方案。航天工程系統的總體設計機構和計劃管理機關，形成航天工程計劃領導人的參謀機構的整體，前者是航天工程系統總體概念、總體方案、總體設計技術協調措施科學性的體現者；後者是航天工程系統計劃協調措施中科學性和人、財、物調度權力的體現者。　

在這些研究和應用中，通常是科學理論、經驗知識和專家判斷力相結合，提出經驗性假設（判斷或猜想）；而這些經驗性假設不能用嚴謹的科學方式加以證明，往往是定性的認識，但可用經驗性數據和資料，以及幾十、幾百、上千個參數的模型對其確實性進行檢測；而這些模型也必須建立在經驗和對系統的實際理解上，經過定量計算，通過反覆對比，最後形成結論；這樣的結論就是我們在現階段認識客觀事物所能達到的最佳結論，是從定性上升到定量的認識。定性定量相結合的綜合集成法，就其實質而言，是將專家群體（包括各種有關專家）、數據和各種信息與計算機技術有機地結合起來，把各種學科的科學理論和人的經驗知識結合起來。這個方法應用的成功，就在於發揮了這個系統的整體優勢和綜合優勢。近幾年，國外有人提出綜合分析方法（ｍｅｔａ－ａｎａｌｙｓｉｓ），對不同領域的信息進行跨域分析綜合，但還不成熟，方法也太簡單。而從定性到定量的綜合集成法卻是真正的綜合分析方法。錢學森在１９９２年進而提出了從定性到定量的綜合集成法的應用形式。錢學森的系統科學思想，使人們認識到開放的複雜巨系統具有科學與經驗相結合的本質，並指導人們運用一種科學的途徑去尋求科學與經驗相結合的解答。

圖6:中國著名科學家錢學森（左）１９５５年１０月２８日從美國返回祖國

圖7:中國科學院副院長吳有訓（右）和北京大學教務長周培源前往北京火車站歡迎

圖8:

戰後（一九四七年）正是麥卡鍚主義恐共陰影籠罩美國的時候，與錢氏在三Ｏ年代交往還密切的一位朋友因共黨嫌疑被捕。這位魏恩邦在錢的推薦介紹下，曾在噴射推進實驗室工作，錢自是脫不了關係。一九五Ｏ年六月六日美國聯邦調查局（FBI）派了兩名調查員訪問錢氏，指控他是共產黨員。到了一九五Ｏ年九月七日，移民局更發出搜捕令，控告錢氏隱瞞共黨身分非法進入美國，並予以逮捕，把他押解到洛杉磯港囗一小島的拘留所關起來，後雖由加州理工學院把錢氏保出來，可是他已身陷囹圄十餘天了。錢氏旅美後期的不愉快經驗，加上他強烈的民族主義情緒，導致他個人的悲劇。這個悲劇造成他對美國的痛恨。

錢學森的兒子錢永剛說:父親對於五Ｏ年代美國政府虧待他的往事，仍耿耿於懷。他說︰「就像先把人家請來作客，然後一腳踼他出門。如果我父親在這個國家犯了罪，當然無話可說。可是他奉獻了二十年青春為美國賣命，對這個國家的科技有莫大貢獻，得到的報酬卻是被趕出去。」永剛說，因此他父親拒絕回美國──甚至一九七九年加州理工頒贈他傑出校友獎也無法彌補。他透露，當時錢學森在加州理工最要好的朋友馬柏（FrankMarble）教授，曾邀他回帕沙迪納（Pasadena）參加正式頒獎典禮。[加州理工校長杜布理吉（LeeDuBridge）還跟卡特總統的科學顧問普雷斯（FrankPress）多方協商，撤銷了錢學森的驅逐命令。]可是錢學森就是不肯回去。

1957年9月，中國政府組成了聶榮臻副總理、三機部部長宋任窮、副總參謀長陳賡率領的，包括顧問專家在內共31人的代表團赴蘇聯談判。蘇聯政府遲遲不復函中國政府，復函後附加了一些條件。蘇聯國防部表示，蘇聯的火箭、導彈和其他尖端技術設備需高度保密，中國代表團的成員中，必須具有相當級別的政府官員和相當高級軍銜的軍官才能參觀。當時，錢學森已列入代表團成員名單，但他沒有軍銜，更不要說「相當高級」的軍銜了。而他是必須去蘇聯的，因為代表團成員中他是唯一通曉國防尖端科學技術的。此事被周總理知道了，他立即建議中央授予錢學森中將軍銜。據說，當時周總理詼諧地說過，早在1945年美國政府就曾授予錢學森上校軍銜了。現在已經過了十二年，我們為什麼不能讓他當將軍呢？就是按軍隊的晉陞制度，也該輪到錢學森當將軍了。於是，中央軍委很快作出決定，授予錢學森中將軍銜。圖為錢學森以中將軍銜參加了代表團。