留学美国

考取清华大学公费留学

1934年暑假，钱学森从交通大学机械工程系铁道机械工程专业毕业，尚未派定工作，他就考取了清华大学公费留学，专业是飞机设计。

1935年8月，钱学森从上海坐美国邮船公司的船离国，来到了美国麻省理工学院航空系。钱学森这时才发现，他的母校——交通大学，完全是按照当时的麻省理工学院的模式办校的，连教学和实验大纲都一样，所以钱学森对这里的学习环境一点也不感到生疏，学习起来游刃有余，他只用了一年时间，就拿下了航空硕士学位。

因为学工程一定要到工厂去实习，而当时，美国的航空工厂普遍不欢迎中国人，所以，他硕士毕业后继续深造航空工程面临困难。另外，钱学森并不满足于只做一名工程师，还希望学到高深的理论知识，站到科学的最前沿，成为一名既有雄厚理论基础的科学家，又有丰富实践经验的工程师。

所以一年后，他开始转向航空工程理论，即应用力学的学习。于是，他决定追随当时在加州理工学院的世界著名力学大师冯·卡门教授。他们的会面时间很短，但卡门对他留下了深刻的印象。卡门晚年在他的回忆录中这样写道：“1936年的一天，他到我这里来，就将来的深造问题请我指点，这是我们第一次见面，这个年轻人个子不高，带着认真的神情，回答我的问题时精确得非同寻常，我立刻被他的聪慧和敏捷打动了，于是，建议他到加州理工学院进修。”从此，钱学森开始了与冯·卡门教授先是师生后是亲密合作者的情谊。

钱学森与冯·卡门

1935年，钱学森进入美国麻省理工学院航空工程系。这时，航空科学还处于初创阶段，美国在这方面缺乏雄厚的基础，各大学航空系有名无实，唯独加州理工学院新建有一所空气动力学实验室，主任是匈牙利著名学者冯·卡门。冯·卡门当时在空气动力学方面是国际公认的权威，人称“超音速飞行之父”，他使加州理工学院成为流体力学的研究中心和培训基地，解决了航空工程好多技术问题。冯·卡门是犹太人，1929年定居美国。1936年秋，钱学森慕名来到加州理工学院访问冯·卡门，冯·卡门对钱学森敏捷而又富于智慧的思维非常欣赏，建议钱学森到加州理工学院来攻读博士学位。从此开始了相差整整三十岁的师生之间的友谊和合作。

这以后，钱学森在冯·卡门指导下做博士论文，专攻高速空气动力学。冯·卡门对中国学生有特殊的感情，除了钱学森外，在冯·卡门手下培养出来的中国学者还有林家翘、钱伟长、郭永怀等。他有一句话常挂在嘴边：“世界上最聪明的民族有两个，一个是匈牙利，一个是中国。”

钱学森有惊人的数学才能，深受冯·卡门器重，但钱学森总觉得自己的基础还很差，在国内只学过与工程专业有关的课程，难以适应现代科学技术的要求，于是就如饥似渴地学习许多高水平的理论课程，补上欠缺的课程。其中包括现代数学、偏微分方程、积分方程、原子物理、量子力学、统计物理学、相对论、分子结构、量子化学等现代科学技术的基础理论。他的学习和研究非常紧张，每天工作十几小时，白天看书讨论，晚上接着干，他阅遍空气动力学的文献资料，力求既掌握空气动力学的基础，又了解这门科学的前沿，为攀登高峰作准备。

钱学森把自己这种学习方法称为“三年出货”，他后来说：“有些年轻人觉得三年出货太慢，很着急，可是，做研究工作性急是不行的，基础打得不牢，总是要吃亏的，一定要积下足够的看家老本”。

这样的方法，钱学森认为是值得的，因为有了重点突破，才可以举一反三，触类旁通，以后再遇新的课题就不需这么多时间了。例如，几年后，钱学森研究航空结构，只用了一年时间，就取得了突破性的进展。

钱学森的研究方法，得益于冯·卡门教授。冯·卡门在审阅论文时，往往自己事先并未研究过论文的内容，但他拿到论文后，总是先把第一页看看，然后很快地浏览一遍，最后仔细看一下结论，就能立刻发表自己的意见。开始，钱学森觉得有点神秘，其实这无非是已经透彻掌握了一门学科的结果，渐渐地钱学森自己也能这样做了。

知识链接

冯·卡门轶事

在车厢上推导方程

那是1926年。

某天深夜，冯·卡门和他的学生弗兰克正在紧张地运算着，那是从曲线推导出数学方程，忽然，他们想起开往亚琛的电车只有最后一班了，便像从梦幻中惊醒一般，急匆匆朝伐尔斯车站赶去。

在人声嘈杂的车站里，冯·卡门还在思索他那组迷人的数学方程，也不知什么原因，拨动了他的灵感心弦，一种所谓紊流结构数学公式便在他脑海中奇迹般出现，他兴奋极了，再也无法控制自己的激情，便马不停蹄地在停留的电车车厢上写起来，就这样，一行行数学方程像潮水般涌现出来，使他忘却了周围的一切，也忘却了站在一旁的弗兰克。

售票员静静地站在旁边，十分无奈地凝望着他们，她不时看看表，实在不能再等下去，便大声催促弗兰克上车，然而，沉醉在快速演算中的冯·卡门无法停下来，一面发疯似地继续推导方程，一面打招呼：“请再等一会儿！”时间分分秒秒地过去了。

售票员实在等不及，十分生气地喊：“走吧，教授先生！”说完，她就跳上车，紧接着，电车启动了，弗兰克这才跳上车，与冯·卡门匆匆告别。

不过，辛苦的却是弗兰克，他每到一站，便迅速跳下车，将写在车厢上的公式抄下来，就这样，一站站跳下来，一站站抄录，一直抄到亚琛。

冯·卡门写在车厢上的公式，成为他题为“紊流的力学相似原理”的论文。如今，他当年发现的这一紊流对数定律，已经成为各种飞行器阻力的计算工具，在喷气式飞机、火箭设计上得到应用。多年后，冯·卡门在他自己的《自传》中记录了这件有趣的故事。

将齿轮转回去

冯·卡门在亚琛当教授之余，还去企业部门当顾问，在与企业界打交道时，他一点也没有学究气，该向企业收多少钱，他毫不客气地同他们认真起来。

有一次，一位小厂老板找到他，希望他帮忙解决一道难题，原来，该厂一台机器处在振坏的危险之中，心灵手巧的冯·卡门一看，便知道毛病出在何方，他让老板将齿轮转过90度，顷刻，机器奇迹般消除了振动，老板见此情景，高兴极了，称赞冯·卡门的技术高明。

几天之后，老板接到冯·卡门开的帐单，竟傻了眼，他上门找冯·卡门诉苦，说道：“齿轮不就是转了个90度，怎么要付这么多钱？”

冯·卡门十分幽默地说道：“那好，请你将齿轮转回去，我就把帐单撕掉。”工厂老板被问得无言以对，只得老老实实地付钱。

专业术语

1963年2月的一天，白宫举行了盛大的授奖仪式，为表彰著名的美国航空学家冯·卡门在火箭、航天等技术上做出的巨大贡献，美国政府决定授予他国家科学奖章。

当时的冯·卡门已有82岁，并患有严重的关节炎，当他气喘吁吁地登上领奖台的最后一级台阶时，踉跄了一下，差一点摔倒在地上，给他颁奖的肯尼迪总统忙跑过去扶住了他。

冯·卡门对肯尼迪总统说：“谢谢总统先生，物体下跌时并不需要助推力，只有上升时才需要……”

冯·卡门自述火箭和“自杀俱乐部”

1936年的一天，三个年轻人走进加州理工学院我的办公室，他们满怀希望地向我提出一个非同寻常的要求：支持他们搞一支探空火箭。现今，火箭已不是什么神奇东西，不过，要是对年轻人说30年前火箭只是一种幻想中的东西，他们也许会大感惊奇呢。这三个青年，马林纳、帕森斯和福曼已经向学校其他教授寻求过帮助，结果都被拒绝了。那时候，火箭在人们心目中是不现实的玩艺儿，甚至在科学上也毫无研究价值，小密立根早就规劝马林纳，还是到飞机制造部门找个美差为好，不必在一项没头没脑的研究计划上空耗时间。由于我这个人有些爱标新立异的小名气，又是好好先生，因此，三个人在失望之余再到我这里来碰碰运气。

火箭是一项十分古老的发明，技术书上称火箭运动原理叫“反作用推进”。

据说，中国人早在11世纪就使用火箭做燃烧弹，开始可能是采用弓箭发射燃烧物质，当他们发现燃烧产生的气体反作用力能推动射出去的箭后，才做出火箭。1500年前后，他们已经考虑载人飞行火箭。传说有个名叫“万户”的发明家造了一辆两轮椅，椅子上装了47支黑火药火箭做起飞动力，他坐在椅子上手握两个大风筝，一旦升空后即以之继续飞行，据说，火箭一点火，椅子、风筝和万户在一阵浓烟与火光中一去不复返了。

此后，火箭和火炮几乎并驾齐驱发展。1803年，俄国人在俄土战争中使用过火箭，英国人在1812年战争中也用过火箭。然而，从1860年起，火箭就开始让路给杀伤力更强的自旋式炮弹，到了1865年，炮弹的优越性已十分明显，英国参谋总部正式宣称火箭在战争中没有多大用处，并把它从军事装备中剔除出去。有趣的是，第二次世界大战期间，饱和轰炸比命中准确性显得更重要，这时，英国人又回过头来拣起火箭。实践证明，造火箭比造高射炮既省时又省钱。

跑来向我提出要搞火箭的三个青年完全了解火箭的发展历史与现实状况，他们希望制造和试验一批能推进到30~80公里高空的液体火箭和固体火箭。这虽然还不是空间飞行先驱者所憧憬的登月飞行，但这样一支小小的火箭，要是再配备上一些探测仪器，就能发射到气球无法达到的高度，从外层空间边缘带回宇宙射线和气象方面的信息。因此，我认为很值得一试。当时的情景，又使我想起了第一次世界大战后，到亚琛要我帮助制造滑翔机的那些青年。

那天晚上，我下了决心，答应这些小伙子在古根海姆试验室空闲时候使用试验室设备，在他们需要时，再给予指导，并且同意马林纳写关于火箭推进及飞行特性的博士论文，同时，我还让既不是加州理工学院学生，又不是工作人员的帕森斯和福曼跟马林纳在实验室一道工作。这一下，他们简直欣喜若狂。不久，又有两位火箭热心者加入了他们的行列，一位是A·M·O·史密斯（绰号阿木），另一位就是钱学森。仿佛命运注定了这两个人对火箭技术要起关键作用，从此以后，加州理工学院就成了美国第一所严肃研究火箭的大学了。

开头伊始，火箭小组就为筹措研究经费动足了脑筋，管接头之类材料，他们到废料堆去找，特殊构件就自己掏腰包购买，那时候根本没有什么火箭研究津贴费。我记得，马林纳曾经请当时为电影制片公司搞大气预报的克瑞克教授向富商们游说，请他们为火箭研究慷慨解囊，与此同时，马林纳本人也为争取法国宇航学会一年一度的瑞普－西塞火箭学最佳论文奖金而奋斗。该奖金系法国银行家，火箭迷路易·叶尔希所设立。1939年，马林纳终于获奖，因战争使音信隔绝，直到1946年，他才知道自己获得了奖金。这时，火箭状况已大为改观了，1937年某天，火箭小组收到了一笔意想不到的款子，实际上，这也是小组的唯一基金。有个叫韦尔德·安诺德的学生坚信火箭有发展前途，要求当火箭小组的摄影师，如果小组同意，他愿意出1，000美元研究费，马林纳欣然接受这个要求，安诺德马上用报纸包了500美元现钞送来。后来不知道为什么，他一声不吭地离开了加州理工学院，从此便杳无音信。最近，我才打听到，这位资助加州理工学院火箭小组的伟大慈善家是内华达大学的校董，已于1961年去世。

火箭小组既搞液体火箭试验，又搞固体火箭试验。液体火箭采用氧和酒精做推进剂，固体采用无烟火药做推进剂，这种无烟火药就是诺贝尔发明后一直用于制造军火的炸药，技术上叫双硝基推进剂，是硝化甘油和硝化纤维素的混合物，这种环形炸药一经点燃，在几百分之一秒内能产生极大的爆炸力。

火箭小组最先搞到试验阶段的液体火箭和后来美国火箭学会制造的液体火箭类型相似，发动机为非冷却型，使用氧和酒精做燃料进行了一系列试验。到了1937年初，小组取得的试验结果使我确信整个试验计划完全值得继续干下去。

在试验中，有些火箭性能大大出乎青年火箭家们的意料之外。记得有一次在推力测定试验中采用二氧化氮作氧化剂，他们将一台小型火箭发动机吊挂在位于试验室底层的12米长单摆下端，摆的上端固定在三楼天花板上，火箭发动机点火后，推力将使单摆摆动，然后根据摆动幅度算出推力大小，这原是俄国查思德尔提出的一种标准测试方法，戈达德使用过，不料，火箭小组进行试验的发动机竟会点不着火，顷刻之间，整个试验大楼充满了一片令人窒息的烟雾，所有设备上都落满了灰尘。

事发后，有些人抱怨说，在试验室里搞火箭太危险了，这一来，我只好将火箭小组迁出试验室，在靠近大楼角落一块空着的混凝土平台上暂时落脚。不久，又接连发生了两次爆炸，试验大楼被震得激烈摇晃。第二次爆炸特别厉害，竟将仪表上一个零件炸飞，从马林纳站立位置上飞过去，深深地嵌进了墙壁，要是他当时正站在凳上观测，准会去中他脑袋，把他砸死，由于我要他送打字机来，爆炸时他正坐在我家里，这真是万幸。从此以后，加州理工学院学生就挖苦说，火箭小组是“自杀俱乐部”。

为了避免校方找麻烦，我就让火箭小组尽量在校外进行试验研究，试验场地离建筑物越远越好。经过一番物色，终于在帕沙迪纳西郊鬼门坝背后的阿诺约塞科找到了一块合适地方。现今著名的喷气推进试验室就在那儿附近。那地方能搞些简便的试验台，做试验也比较安全，至少不会危及加州理工学院。几年后，我才知道，在第一次世界大战期间，戈达德和火箭筒发明者希克曼也在这地方做过无烟火药军用火箭试验。

火箭小组在那儿连续干了一年左右，大部分时间研究各种火箭推进剂性能。那时，根本没有制定液体火箭和固体火箭技术规范的文献资料，所以火箭小组一切都得用分析法和试错法从头做起。

在此期间，马林纳曾经到新墨西哥的罗斯威尔去向戈达德教授求教，去时还带了密立根博士的介绍信。

据说，戈达德是世界上最早发射液体火箭的人，他在马萨诸塞州发射火箭的时间是1926年，比俄国人要早上4年，这枚火箭只达到12．6米高度。当然，它具有历史意义。不过，我始终认为，最早的人物和最伟大的人物不能等量齐观。比如，人们交口赞誉第一架飞机，毫无疑义，莱特兄弟的飞行是历史性事件，实际上，它并不比凯利、库塔和茹可夫斯基等人提出的升力理论更重要。

正是由于升力理论，科学的载人飞行才能够实现。为了互相促进，我们加州理工学院火箭小组当然希望能从戈达德那里多获得一些资料，不料戈达德却坚持保密。后来，马林纳对我说，他跟戈达德到发射场观看了发射塔和试验台，然而，戈达德既不肯让他看火箭发动机，又不愿拿出测试数据。我猜想戈达德可能认为，任何来客不是想套出他的设想，就是要挖苦他，因此对来访者都抱怀疑态度。他拿出一张《纽约时报》的剪报给马林纳看，那上边就是一篇嘲笑火箭的文章。马林纳对这次访问结果虽然颇感失望，但他依然决心同火箭小组坚持干下去。保密有保密的坏处，它往往会使科学家不知不觉犯方向性错误。比如，我听说戈达德花了三、四年时间为自己的探空火箭搞回转仪，其实，这纯粹是白费时间，因为高空火箭在飞行中根本就不需要用回转仪这样复杂的仪器来保持稳定，发射前，火箭靠发射塔保持稳定，这种发射塔比戈达德使用的稍高一些。火箭一飞出发射塔，达到一定速度时，靠安定尾翼就足以保持稳定了，1945年，马林纳和喷气推进试验室小组发射“女兵下士”火箭完全证明了这一点。“女兵下士”火箭是美国首次发射成功的高空火箭，飞行高度达到75，000米。

经林德伯格推荐，为戈达德研究项目出经费的古报海姆，对戈达德的进展速度也感到怀疑。于是，1938年秋天，他把克拉克·密立根、戈达德和我请到长岛他府上参加一次工作午餐会，同时出席的还有航委会和空军方面的代表，古根海姆致词说：“各位都在为美国防务出力，因而应该齐心协力，互通情报”。

大家都回答说：“应该，应该！”结果，戈达德只愿把液氧泵图纸拿出来交给加州理工学院小组干，那是因为他手下只有两个机工，自己造不了，至于火箭发动机资料，诸如燃烧室和喷嘴结构等，他一点也不肯给我们。我只得给古根海姆去了一信，非常抱歉地声明：“由于不了解全面情况，我无法开展工作，因此，我将不得不退出原先的协定”。我相信，戈达德晚年一定很生气，因为他在火箭方面毫无成就，而通用航空喷气公司和其他一些部门却使火箭日渐成为一门工业。戈达德之所以和现代火箭技术无直接关系，正因为他自己走进了一条死胡同。戈达德是个有发明创造的人，并且具备良好的科学基础，然而他却不是个科学创造者，而且为人又过分谨慎，要是他信任别人，我认为，他早就把实用高空火箭搞成功了，这样的话，他的成就要大得多，可惜，他既不听别的专家意见，又不肯吐露自己取得的成就，结果使自己原地踏步，停滞不前。

到了1938年，我们在火箭方面已经取得一些可喜的成果。马林纳和钱学森对火箭发动机的热力学特性作了理论分析，他们发射了一些自制的小火箭，对理论研究的一些结论进行验证，为了耐高温，火箭的排气管和燃烧室采用了碳衬。时至今日，大型火箭仍使用这种材料。那年，美国航空学会破天荒第一次接受了一篇关于火箭飞行的论文，作者是马林纳和史密斯，是由小密立根推荐的，这时他已改变观点，认为火箭大有发展前途。

火箭小组这时虽已引起许多公司注意，然而，无论是工业界或者政府部门，对火箭的实用性仍毫不关心，但也出了个大冷门，那就是圣地亚哥的联合飞机公司总裁罗奔·弗里特。他预见到火箭具有一种崭新的潜在用途—用于重型飞机的助推起飞，于是，马林纳就到圣地亚哥拜会了弗里特，接着就起草了一份报告，详细介绍了这种火箭发动机大有希望的发展前景。

那时候，我们根本就想不到军方会对火箭感兴趣，在我们心目中，陆军兵工署跟火箭是风马牛不相及的。不料，1938年5月，陆军航空兵司令安诺德竟到我们实验室来了一次，这大大出乎我们意料之外，安诺德将军对火箭研究工作很关心，后来到了秋天，他邀请马林纳和我去华盛顿参加一个会议，结果，这次会议终于使火箭局面大为改观。那一年，世界大战的危险日益增长，有识之士都已预见到战争不可避免。安诺德深知科学对战争具有巨大作用，组织了一个挂在美国科学院名下，协助陆军航空兵工作的委员会，我也是该委员会委员。由于他要给委员会下达一些研究课题，才召集大家到华盛顿开个会，他提出了一些课题，其中有结冰条件下提高轰炸机窗口能见度的方法和重型轰炸机火箭助推起飞装置的研制，运用火箭助推起飞装置是为了让重型轰炸机能在一些小型机场起飞，太平洋上许多岛屿都有这种小型机场。

会议结束后，我们几个人就讨论完成这些项目的可能性，并考虑课题分配问题。麻省理工学院航空系主任汉赛克博士最后说：“好吧，能见度问题由我们接下来，那件玄妙的差事就让卡门去承担吧。”

我以为汉赛克是开玩笑，不过，我觉得他这话却代表了当时许多科学家的观点。甚至像布希这样一位有影响的科学家，有一次也对老密立根和我说：“我真百思不解，一个科学家或工程师为什么要在火箭上忙活”。听说麻省理工学院还拒绝接受古根海姆提供的火箭研究基金，认为搞火箭是白费钱。正因如此，麻省理工学院才一直置身于火箭领域之外许多年。说来有趣得很，“火箭”这个词如此不受欢迎，当初我们为了容易打交道，写报告干脆就不用它。

事后表明，汉赛克把“玄妙”差事踢过来，我真该谢天谢地，因为这件事为我的事业开创了一个最佳时期，不过，当时我最满意的是，山姆大叔终于要拿钱出来帮助孩子们搞火箭了，这样，孩子们就不用再掏自己的腰包。第一个合同金额是1000美元，一年后，由于火箭研究工作卓有成效，我们就要求签定金额达10000美元的第二个合同。

安诺德的助手契德罗少校到加州理工学院来跟我商谈第二个合同，在谈到某处时，他问道：“卡门，你坦率地讲，航空兵在火箭这玩艺上花费10，000美元到底值得不值得？”

今天，当我看到美国航天局仅空间计划一项的年预算就高达50亿美元，总觉得契德罗的话比第一次世界大战后说搞民用航空是件蠢事还要可笑。