上海交通大学钱学森研究中心汪长明 | 钱学森在美国早期火箭研制中的角色——兼谈钱学森回国问题
编者按： 钱学森在美国学习和工作期间，尤其在1937～1945年间，主要从事包括航空航天与火箭技术在内的应用力学研究。通过参加加州理工学院火箭研究小组，战时研制火箭助推起飞装置，参与美国军工项目并先后担任加州理工学院喷气推进中心理论组组长和中心主任，以及从事火箭技术的调研并撰写学术论文和研究报告等，钱学森为美国早期火箭从理论预研、应用研究到基本型号的系列化研制，进而为世界反法西斯战争胜利和现代航空航天与火箭技术的发展做出了重要贡献。
同时，钱学森早年参与美国早期火箭研制的科研经历，也为他日后在中国的工作奠定了坚实的基础。
钱学森回国问题涉及中美两个国家行为主体之间的意识形态博弈，其敏感性和复杂性超出了钱学森个人的判断与能力范围。这一事件的曲折历程成为冷战背景下中美国家利益冲突与战略矛盾的重要缩影，是新中国对美外交斗争取得成功的一个典型案例。
►钱学森在美期间使用过的胸牌
从1935年赴美留学到1955年回到祖国，钱学森在美国学习和工作了整整20年。这一时期正值世界航空航天技术突飞猛进、人类征服太空从理想逐渐变成现实的重要阶段。钱学森凭着对科学事业的热爱和执著，为美国早期火箭研制，尤其是第二次世界大战期间盟军赢得太平洋战争胜利，以及为世界航空航天与火箭技术的发展做出了杰出贡献。
1.参加加州理工学院火箭研究小组，开展早期火箭理论预研
早在赴美之前，钱学森就对当时尚处于探索和科幻阶段的火箭产生了兴趣，并取得了初步的研究成果。1935年8月，他在《浙江青年》杂志第一卷第9期发表“火箭”一文。该文分析了火箭上升的原理、火箭燃料、结构设计、技术性能与安全标准等因素，并提出了三级火箭、火箭飞机、星际航行等在当时尚属科幻领域的前瞻性科学设想。这篇论文的发表堪称钱学森航天之路的开山之作，为他日后在美国从事火箭研究打下了重要的基础。
留美之初，1937年，正在攻读博士学位的钱学森参加了同学马利纳发起的加州理工学院火箭研究小组，为战争期间美国火箭助推起飞技术和世界航空航天技术的发展奠定了坚实的理论与实践基础。小组设弹道、材料、推进、结构四个部门。钱学森加入该小组后，因以理论计算见长，负责推进部门的理论分析与计算工作，具体分工燃烧室、喷气推力和火箭性能等火箭研究的重要理论问题。
在参加火箭小组期间，钱学森做了大量卓有成效的前瞻性预研工作。1937年6月至9月间，在前期火箭文献资料整理与研究的基础上，向火箭研究小组提交了一份长达114页，内容主要是为火箭研究小组设计和改进小的液体推进剂试验火箭所做分析的调研报告。该报告从火箭引擎的理想周期、喷嘴发散角度变化对火箭推力的影响、考虑分子解离效应之燃烧室温度计算、燃烧产物膨胀不足和过度膨胀对火箭效率的影响与火箭发动机的理想推力等方面，设想了一个燃烧室和废气喷嘴大小都固定的理想火箭的理论模型。[1]该报告后来被收入火箭小组的论文集，与其他研究者的论文一起被小组成员奉为火箭研究的“圣经”。1939年6月，钱学森取得博士学位。他在博士论文第四部分“以逐次脉冲推进的探空火箭的飞行分析”[2]中，通过详细的设想方案论证，从理论上证明在理想条件下，探空火箭可以达到丹布雷恩于1935年根据静态燃烧试验所估计的10万英尺临界飞行高度，从而可以满足探空火箭的需求，实现进行大气层结构以及地球大气层以外物理现象的观测和研究。这比美国火箭先驱、液体火箭发明者戈达德于1935年进行的火箭试验中7500英尺的飞行高度在理论上提高了12倍多。
火箭小组尤其是钱学森的先驱性工作得到了冯•卡门的充分赞誉。他在回忆录《风云际会》中如是记述：“阿莫·史密斯和钱学森加入火箭研究小组，注定会对火箭技术要起关键作用，加州理工学院也因此成为了美国第一所严肃意义上研究火箭的大学。”[3]小组的火箭研究也引起美国科学界的高度重视，1939年1月，美国国家科学院决定拨款资助在加州理工学院设立火箭研究中心，以解决通过火箭助推装置帮助飞机实现短距离起飞问题，并划拨研究经费给予支持。从此，火箭研究小组的命运掀开了新的科学篇章。
2.研制火箭助推起飞装置，开启美国实际应用火箭之先河
加州理工学院是美国最早开展火箭技术研究的两个代表性机构之一。在二战期间，该校的喷气推进实验室已发展成为美国火箭与导弹技术一个重要的研发中心（即加州理工学院喷气推进中心，JPL）。由于冯•卡门的推荐，加州理工学院的火箭研究工作开始得到美国航空工业界、军方和联邦政府的重视。1938年5月，美国陆军航空兵司令阿诺德上将访问加州理工学院古根海姆实验室时，基于对第二次世界大战不可避免的预测，要求该校着手研制代号为“JATO”的火箭助推起飞装置，以便美国的重型轰炸机能从航空母舰和驻有美军的太平洋小岛跑道上实现短距起飞。他为此与加州理工学院签订了协议，对这项研究计划给予经费资助。
►美军签发给美国国防部科学咨询团成员身份证及出入证明
第二次世界大战的爆发促使整个火箭计划取得新的进展。1939年，火箭研究小组制定了代号为“古根海姆1号”的美国陆军航空兵第一个火箭研究计划。1941年，火箭研究中心在阿罗约·塞科河谷（现NASA所在地）建造了第一批实验室，并成功进行了美国历史上首次喷气助推起飞试验和单纯以火箭为动力的有人驾驶飞机飞行试验。这两项史无前例的飞行试验结果远远超出科研人员和军方的预期，意味着重型轰炸机完全能够在比设想中的距离更短的跑道上起飞，为战争期间尤其是海战中保持盟军海上军事力量优势起着倍增器的作用。为此，美国国家科学院从1942年财政年度开始，将向加州理工学院的研究经费资助总额从最初的1000美元提高到12.5万美元。[4]
由于充裕的经费支持，火箭助推起飞装置研究工作进展非常顺利。1942年4月15日，钱学森与冯•卡门、马利纳等火箭小组成员在莫哈维沙漠中的慕洛克空军基地（今爱德华兹空军基地）成功进行了道格拉斯A-20“浩劫”轰炸机硝酸—苯胺燃料火箭发动机首次飞行试验。作为二战期间用途最广泛的一款轻型轰炸机，A-20广泛应用于美国陆军航空兵、苏联空军、苏联海军航空兵和英国皇家空军。这次火箭助推起飞试验是美国轰炸机第一次采用固定火箭动力装置起飞，标志着美国实际应用火箭的开始。这种重型轰炸机火箭助推起飞装置很快就在太平洋战争中被美国和其他国家的空军广泛使用。
►1938年钱学森在古根海姆实验室外留影
随着战争向纵深发展，美国军方对加州理工学院火箭研究项目及相关成果的经费资助迅猛增长。为了满足战争对火箭助推器的实际需要，火箭小组于1942年3月19日创办了航空喷气工程公司（Aerojet）。钱学森任顾问，在其中的研究和设计过程中发挥了重要作用。Aerojet是美国液体和固体火箭发动机第一家制造商，也是世界上第一家商用火箭公司，自成立后在火箭发动机技术领域一直处于领先地位。公司生产的火箭助推器供不应求，大量装备航空母舰舰载机。
3.参加军工项目并提交研究报告，为战时美国火箭研究提供技术支持
战争期间，钱学森参加了由美国军方资助的多个军工项目，为高速空气动力学和喷气推进技术的发展作出了重要贡献。
从1940年起，火箭研究计划被美国政府列为高度军事机密。钱学森因其侨民身份，无法获得参与资格，被迫退出火箭研究小组，时间长达一年多。“珍珠港事件”发生后，因中美共同抗日的战略联盟需要，钱学森才获得参与美国机密研究计划的资格。1942年12月1日，在冯·卡门推荐下，经美国宪兵司令部国内安全局人事安全分局局长巴特尔上校安全审核，钱学森获得了保密许可证，获准参加陆、海、空三军、战争部和科学研究发展局等一切军事机密的研究工作。
钱学森获得参与美国军事机密研究项目的资格后，得以参加美国国防部、空军和陆军军械署的保密合同。他陆续承接了军方多项研究任务。1942年11月16日，冯·卡门致函美国陆军军械署，推举钱学森参加合同号为W-101-ORD-1312(741)的项目研究工作：“钱学森是目前从事超音速飞行研究的最优秀专家之一。他在该领域的论文为他赢得了盛誉。他的聘用对完成合同研究工作至关重要。”[5]1943年4月，钱学森完成了一项关于高速飞行时XSC2D整流罩上方压力分布的研究。[6]
此外，钱学森还向军方提交了一系列关于火箭研究在内的研究报告。其中最重要的一份报告是他于1943年向美国陆军航空兵提供的《远程火箭的飞行特性》内部报告。[7]该报告对远程火箭的飞行特征，包括火箭的射程、飞行段（动力飞行阶段、自由飞行阶段、有翼滑翔阶段）等进行了分析计算，并且提供了两个实际算例。该报告的前瞻性分析后来被火箭发展的技术实践所证实。此外，同年10月，他还提出了一份关于向固体推进剂中添加金属固体以改善性能的可行性报告。1944年8月，他为喷气推进实验室完成了一份关于平坦表面与高速气流间热转换的论文。
4.担任喷气推进中心重要职务，为美国火箭导弹系列化发展做出重要贡献
1943年12月20日，冯•卡门、钱学森和马利纳共同提出美国远程火箭导弹研究计划（“JPL-1”）。作为这一计划的产物，1944年1月，面对欧洲战场上德国火箭计划咄咄逼人的进展，美国陆军军械署请求加州理工学院喷气推进实验室尽快研制可以用于实战的火箭，并提出了对火箭的性能和技术要求，为此向加州理工学院喷气推进实验室提出代号为“ORDCIT”的“炮兵部和加州理工学院联合计划”，重新组织力量，分成弹道、材料、推进和结构四个部分。钱学森负责推进方面的工作。在此期间，他从发动机、火箭整体结构直到飞行轨道等方面，对远程火箭进行了多方面的分析，并设想了各种方案，进行优化分析计算。1月6日，加州理工学院联络办装备总指挥乔伊纳致函钱学森，通知他可以参加代号为W33-038-ac-1717（11592）的空军机密研究项目。[8]2月13日，冯•卡门受美国政府委托，向美国陆军军械署技术部提交了一份关于远程火箭的研究计划，并推荐钱学森为理论组的负责人。此时，为尽快研制出可与德国V-2火箭相匹敌的火箭，美国军方对JPL的投入高达300万美元。
钱学森担任JPL理论组组长后，与林家翘、钱伟长、郭永怀等十多位中外科学家一起进行集体攻关，先后设计了“列兵A”、“女兵下士”、“下士”等美国最初的火箭，并顺利进行了发射试验。“在钱的帮助下，原本大大落后于德国的非常原始的美国火箭事业过渡到相当成熟的阶段，”[9]标志着美国早期火箭研制工作取得了成功。
同年，钱学森等火箭小组成员制定了研制带发射架的远程导弹计划。不久，钱学森与马利纳在合作完成并向美国陆军航空兵提供的《远程火箭的评述和初步分析》内部报告中，提出了三种火箭导弹的设计思想，为地地导弹和探空火箭研制奠定了重要理论基础。这是美国导弹发展计划第一份正式文献记纪录，被誉为“美国导弹先驱”。
1946年2月1日，美国陆军兵工署署长金波尔将军签署嘉奖令，称：“钱学森在1939年9月至1945年9月期间，作为加州理工学院喷气推进实验室的小组负责人，表现杰出。”
1948年11月19日，已于1946年8月31日离开加州理工学院赴麻省理工学院航空工程系工作的钱学森，以正教授身份再次回到加州理工学院，出任古根海姆喷气推进中心主任和戈达德教授。中心的主要目标是：
研究喷气推进的新理论、新技术，为战后美国空军的发展提供科学理论和技术措施；
培养年轻科学家和工程师，尽快将美国的航空航天技术推向新阶段；
成为喷气推进技术在和平时期的商业和科学应用方面具有领导地位的研究中心。[10]
由于不久发生的钱学森回国受阻问题，这段经历也由此成为钱学森与美国早期火箭研制短暂而重要的最后历史交集。
►钱学森在美国与同事合影
冯·卡门在回忆录中专门开辟《红色中国的钱博士》一章，回顾钱学森在加州理工学院时期卓尔不群的科研经历，并高度评价他留美期间尤其是二战期间的科学成就：“作为加州理工学院火箭小组早期的成员”，“钱对加州理工学院喷气助推起飞计划”，进而为“第二次世界大战中美国的火箭研制做出过重大贡献。”[11]“他与冯•卡门和马利纳一道，在位于帕萨迪纳的喷气推进中心建设过程中，成功实现了从螺旋桨飞机到喷气式飞机，进而到太空火箭的跨越，并成为其中的关键人物。”[12]
5.撰写调研报告并发表火箭技术研究论文，奠定美国早期火箭“理论设计师”地位
留美期间，钱学森除在参与美国军方的火箭研究项目过程中提交相关研究报告和考察调研报告外，还发表了近20篇有关火箭研究的论文，并多次在国际航空科学大会（CICAS）、美国火箭学会（ARS）年会、美国航空航天学会(AIAA，ARS的前身)年会等重要学术会议上宣读。（见下表）
钱学森留美期间关于火箭技术研究的学术成果
（点击可看大图）
1945年12月21日，阿诺德专门签署嘉奖令，表彰钱学森“对这个国家以及欧洲的喷气和火箭推进做了优秀而全面的调查，以及对喷气机、火箭性能原理所做的原创性理论工作。这些工作对喷气推进是一种无可估量的贡献。”1946年2月13日，阿诺德致函钱学森，表彰其在火箭燃料与引擎、固体与液体燃料火箭、火箭助推起飞装置，以及大型火箭等诸多方面卓有成效的研究工作，为火箭和喷气推进等领域的发展做出了巨大而无价的贡献。[13]钱学森由此奠定了自己作为美国早期火箭“理论设计师”的地位，也无愧于“火箭技术领域一位伟大天才”（冯•卡门语）的美誉。
►1945年10月11日，钱学森参与研制的美国“女兵下士”火箭成功升空
时间回到钱学森回国第二天的1955年9月18日，《洛杉矶时报》以“喷气推进专家回到红色中国”为题，在第一版显要位置报道钱学森回国一事：“这位在喷气推进领域最炙手可热人物之一的中国科学家，于昨天下午4点带着妻子和两个孩子，登上‘克利夫兰总统号’邮轮返回自己的国家。”[14]语气颇有几分惋惜。
6.结语：钱学森回国问题述评
钱学森为美国早期火箭研制，为世界航空航天技术的发展做出了同时代科学家鲜与其匹的贡献。这本应成为人类共同的智力财富和科学遗产。然而，作为一位心怀赤子深情的爱国科学家，受特殊历史条件下国际关系和美国国内政治的双重影响，在回国的道路上，钱学森个人的力量显得多少有点微不足道。他被无情地卷入了资本主义意识形态偏见和狭隘的国家主义政治漩涡之中，遭受了漫长的不公正对待。如今60多年过去了，国际政治和世界格局都发生了不同于冷战之初的重大变化，但再次审视那段特殊历史时期的这起特殊事件，一个颇具讽刺意味的不争事实是，在自我实现的谎言面前，科学扮演着美国政治附庸的尴尬角色。留美期间取得的杰出科学成就及掌握的前沿科学技术反倒成了钱学森返回自己国家的主要障碍因素。这是对人类科技史的嘲弄。
从历史的宏观视角看，长期以来，出于维护国家利益、巩固美国霸权和赢得国际竞争的现实主义需要，对少数族裔尤其是亚裔甚至华人科学家（甚至包括美籍华裔科学家）的戒备、排斥与歧视，以及无中生有的敏感、怀疑与压制，成为美国科技界、政府和司法部门，尤其是军方难以自愈的心理障碍。这种既有悖政治伦理又缺乏充分依据的“有罪推定”现象不但没有随着中美关系相对改善得到好转，有时反而因为主流媒体的推波助澜和利益部门的强势介入而变本加厉，以至于不少献身科学事业、为美国国家发展做出重要贡献的科学家被迫沦为美国社会博弈尤其是党派政治斗争的牺牲品。这种与生俱来基于“族群归纳”的先天性恐惧和“右派幼稚病”，本质上是美国“国家精神虚弱”和“社会神经过敏”的并发表现。在“科学无国界”人类公共价值观面前，这无疑是科学的悲哀和知识的不幸。
就钱学森回国这一事件本身而言，如若任由钱学森个人去承担“从中对科学与政治，以及简单的人类公平问题得出的重要教训”，[15]未免有失公允，藉此很难理解美国作为一个所谓的民主国家应有的胸怀和正义之缺失，让人不得不相信美国国防与科技政策的排他性、矛盾性和“一致性”。即便到了今天，在美国仍不乏有识之士和有良知的学者对此提出质疑：对钱学森的不公正对待“是美国曾经犯下的最大‘战术错误’之一”。[16]甚至当年极力阻止钱学森回国的“问题制造者”金波尔将军多年后也不得不反思：“这是这个国家所犯下的最愚蠢的错误。他（钱学森）跟我一样都不是共产党员，是我们迫使他离开了美国。”[17]
经过不懈抗争和多方努力，在包括中国政府的关怀和国际友人的帮助下，1955年9月17日，钱学森终于冲破重重阻力，带着荣耀与辛酸、成就与苦难互相交织的复杂情感，踏上了回归祖国的航程，同时也赢得了既属于他本人、也属于他的祖国应有的公平。同时，在美国政府一边，他们在最终允许钱学森回国前将其长期软禁在家的真实政策动机是要“经过5年时间让他（钱学森）所掌握的知识变得彻底过时，从而可以将其一脚踢开”。[18]“钱学森回国事件”堪称冷战背景下中美外交博弈乃至双边关系的重要缩影，它的复杂性远远超出了科学家个体身份的范畴。
回国以后，钱学森将留美期间通过艰辛探索、潜心研究并掌握的代表当时世界尖端科技水平的空气动力学、固体力学和火箭、导弹等现代航空航天技术，转化为报效祖国的强大精神动力和重要智力支撑。作为技术领导人，钱学森在领导新中国“两弹一星”事业的历程中，为我国科技、国防和军队现代化建设，为中国成为“有重要影响的大国”做出了举世瞩目的科学成就，也为自己出国前立定的科学报国理想做了最好的注脚和诠释。在民族大义和国家利益意义上，钱学森在留美阶段的最后岁月里所面对的漠视与偏见、所遭受的尊严侵犯和人格屈辱、所做出的学术牺牲与专业割舍，从长远看，终究是值得的。
原文发表于《浙江档案》2016.6，转载自微信公众号：钱学森图书馆
参考文献：
[1]Frank J. Malina. Memoir on the GALCIT Rocket Research Project,1936-38[A]. PRE-1939 Memoirs of Astronautics[C]. Also see: http://www.olats.org/ OLATS/pionniers/memoir1.shtml.
[2]Hsue-shen Tsien. Problems in Motion of Compressible Fluids and Reaction Propulsion[D]. California Institute of Techonology,1938:69-93.
[3] Theodore von Karman, Lee Edson. Dr. Tsien of Red China[A].The Wind and Beyond: Theodore on Karman, Pioneer in Aviation and Pathfinder in Space [C].Little, Brown and Company（Canada）Limited,1967:239.
[4][美]张纯如,著.鲁伊,译.蚕丝:钱学森传[M].北京:中信出版社,2014:107.
[5]张现民.钱学森年谱(上)[M].北京:中央文献出版社,2015:43.
[6][美]张纯如,著.鲁伊,译.蚕丝:钱学森传[M].北京:中信出版社,2014:112.
[7]郑哲敏.钱学森手稿[M].太原:山西教育出版社,2000:250-260.
[8]张现民.钱学森年谱(上)[M].北京:中央文献出版社,2015:46.
[9] Milton Viorst. The Bitter Tea of Dr. Tsien[J]. ESQUIRE, 1967(9):125.
[10]The Month at Caltech[J].Engineering and Science Monthly,December,1948:10-11.
[11]Theodore von Karman, Lee Edson. Dr. Tsien of Red China[A].The Wind and Beyond: Theodore on Karman, Pioneer in Aviation and Pathfinder in Space[C].Little, Brown and Company（Canada）Limited,1967:308-309.
[12]Archives of California Institute of Technology. The father of Chinese rocketry[EB/OL].See: http:// archives. caltech.edu/news/tsien.html
[13]H. H. Arnold. A Letter to Dr. Hsue-Shen Tsien [Z]. Headquarters,Army Air Forces Office of the Commanding General, Washington 25, D. C.,13 February,1946.
[14]Jet-Propulsion Scientist Sailing to Red China[N]. Los Angeles Times, Sep.18,1955. pg.A.
[15]Theodore von Karman, Lee Edson. Dr. Tsien of Red China[A].The Wind and Beyond: Theodore on Karman, Pioneer in Aviation and Pathfinder in Space [C].Little, Brown and Company（Canada）Limited,1967:308.
[16] Steve Chawkins. Frank Marble dies at 96;leader in development of rockets[N].Los Angeles Times, August 24,2014.
[17] Perrett,Bradley; Asker, James R.(January 7,2008). Person of the Year: Qian Xuesen[J].Aviation Week and Space Technology,168(1):57-61.
[18] Steve Chawkins. Frank Marble dies at 96;leader in development of rockets[N].Los Angeles Times, August 24,2014.
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