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征火箭杂谈(本次印尼卫星发射失败有感)-bY 龙空青铜大立人
本人不是学航天航空的（大家都知道，我原来是学机床的，现在改行干软件电子工控之类的了），故而对于具体的航空航天知识并没有去深入了解，如火箭发动机的性能、轨道选择、变轨要求等就不能拍着胸脯向大家保证详细的性能对比情况，我只能将知道的东西大致向大家解说，感兴趣的童鞋可以用数学（不懂微积分的就不要去计算了）推算去了解到底各个方面有什么不同。本坑主要写的是中国航天(视角主要集中在火箭相关方面)在大时代背景下发生的一切，来说明中国航天工业之路的艰难和各种事情（过去、现在）和选择（我们现在觉得好的和坏的）的必然，以及我们如何去了解并对待。其中牵扯到的东西太多、太复杂，也许会让大家觉得我写的东西混杂一片，没有紧扣主题。但我个人觉得这些东西中有它的内在必然逻辑。其中重点的技术分析方面依靠的是本人经历中觉得重要的方面，因为其它方面有人比我高万倍，不是我的专长。
我本小人物，本没有资格来评价先贤们创立的中国航天，只是在这个时刻不知为何听到消息后心中有个声音说：去吧，将你多年的看法写出来。因此本文是本人多年对中国航天个人情结的一篇总结，仅为自己的内心做一个宣泄。
以上为本文前篇，在此补上。
北京时间8月31日17时28分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭发射印度尼西亚“帕拉帕－D”（PALAPA－D）通信卫星，火箭一、二级飞行正常，三级二次点火后出现异常情况，未能将卫星送入预定轨道。　　这是所有关心中国航天的人这两天获得的一个让人难以接受的消息，因为我们之前听到的消息都是“这是中国航天长征系列火箭第XX次连续发射成功”，XX这个数字在本次发射失败前已经变成76了，一个让世人惊叹的数字。我们在10多年的时间中已经习惯了火箭发射成功，已经开始在脑海中潜意识的认为中国火箭的发射已经非常非常成熟，就像大白菜一样，不会有失败的。再加上最近几年，大家关心的是飞机、卫星，加上当年钱学森的那一句“火箭是一次性的，飞机是要反复使用，故而火箭比飞机容易”话被人反复提起，并且世界上能发射卫星的国家越来越多，大家开始认为火箭是低级技术，这样更加深了大家对长征火箭不败的信心。这次失败，自然让人难以接受。　　一，火箭的难度　　然而，仔细想来，事实却和我们大家的认为有很多偏差。　　航天之父钱学森当年讲“火箭是一次性的，飞机是要反复使用，故而火箭比飞机容易”那句话，是在太祖问他到底搞火箭还是飞机时，背后的含义很明确，国家力量有限，无法全面铺开，只能重点投资一个，钱学森是当时中国最伟大的空气动力学专家，在米国也是这方面的顶尖专家，现在大名鼎鼎的NASA喷气试验室（你连这个都不知道？那还谈什么航天？）的第一任负责人，被米国海军次长认为能抵5个师的人，他的意见当然很重要，甚至极其重要。但是太祖忘了一点，钱学森在米国二战后干的就是航天，并没有参与飞机研制，而钱学森在米国那么多年，早就学会了当时国际最先进的项目规划管理方式，其中也包括如何向人争取项目那一套（现在中国的广大专家们也都学会了，这也是一种和世界接轨）。所以，钱学森说出了那句现在广为流传，但误人不少的话（现在钱学森在米国的同行玩的仍然是这一套，NASA向国会争取立项仍然是吹的天花乱坠，项目难度是一点没有，要有也是针对别人而言）。　　仔细考虑来，火箭并不是那么简单的。虽然一次性，虽然工作时间短，但难度一点都不低。　　想想吧，火箭工作的环境极其苛刻，要么高温到几千度（火箭发动机），要么低温到零下100多度（飞出大气层后），火箭发射过程中震动又很大，火箭发射中的力学模型极其困难（火箭百分之八十以上的重量中装的是液体燃料，又在不停燃烧，燃料箱又很薄，不能按刚体计算,就是后来有了弹性力学，但由于大量液体燃料的原因，也非常难建立模型），研制火箭的难度可想而之。就是在大气层内，由于火箭速度快，和空气的剧烈摩擦，火箭表面温度也很高，看过神6发射的人都知道，神6在抛下整流罩前（此时还在大气层内，不过已经是高空了）相当一段时间，火箭外表看已经变成火红色了，这个温度可不低。
就是火箭的控制电路，仅电子技术而言，看起来并不先进，甚至很落后，但它要求在极端环境下（包括要防止宇宙射线的干扰）要有极高的可靠性，不能有任何一点故障。学过电子的人都知道，电子原器件划分的级别为：商业级、工业级、军工级、宇航级。火箭上用的原器件就必须是最高的登级--宇航级。控制电路工作要极其稳定，不能有任何偏差，到什么程度呢，举个关于软件的列子：搞过工控的都知道，程序跑飞是必然，只是概率高低而以，出问题怎么办？重起。但火箭上不行，那么程序设计就必须能一旦跑飞就在极短的时间内纠正回来，还要沿着跑飞前的最后一个步骤正确的走下去。关于这一点，现在工业CPU都有一个中断叫系统异常中断，就是宇航部门要求必须有的。　　再简单说一下，开发一款高性能火箭要多少钱，要多少时间？　　首先，火箭是个很大的范畴，不先进的就不在我的讨论中。否则现在农民都造出飞机了，F22就是落后东西。　　其次，研究新的火箭和火箭发动机难度大，费用高，时间长，而用已有的改进，尤其是大部分部件用原来的，则难度要低，时间短，费用要少。这是所有工业产品的通行情况。　　依据以上两个原则，我们来看看一些可以对比的情况：　　1、毛子在RD170/RD171系列发动机（800吨级）与其成果能源号火箭上总投入大约在140亿卢布。这可是70-80年代苏联时期的花费，当时官方汇价是0.86卢布对1美元。　　作为对比的米国航天飞机系统，由于并不是像毛人那样将航天飞机当作火箭的一个载荷送入轨道，故而不好直接对比，但主发动机SSME氢氧发动机（210吨推力）研制花费25亿美元，5000万美刀/台。　　2 、宇宙神(Atlas)5两级运载火箭是洛马公司“阿特拉斯”火箭家族的最新成员，研制费用超过10亿美元。但它是在成熟部件和产品上研发的，发展成本很低廉了。其中最重要的火箭发动机中，第一级芯级发动机是购买毛人的动力机器联合公司的RD-180煤油液氧发动机发动机。　　米国人自认开发RD-180级别（400吨级）和性能（分级燃烧、高压补燃、膨胀循环）的煤油液氧火箭发动机要花费百亿美刀。而RD-180是毛人在RD170/171上缩减的，有70％左右的组件都与RD－170相同，显著降低了研制新型发动机的成本（具体数据不知），缩短了研制周期，研制风险较低，也花了至少5年时间。。毛人对米国97年售价为1000万美刀/台（97年合同是10亿美刀101台RD-180，当时毛国的情况大家都知道）。　　第二级用氢氧发动机RL10A-4-2，是米国50年代开始开发的RL10系列氢氧发动机的较新改进型号。　　3、米国未来航天的主力战神五号火箭，主发动机的备用竞争者RS-68氢氧发动机（300吨推力，在SSME基础上开发的，目前用在德尔塔4火箭上，大量采用SSME的部件，并降低技术的先进性，即难度已经降低了很多，可以说是推力简单放大版），研制用了近5年时间，2000万美刀/台，没有公开过研制花费，但在卖剃须刀的广告上称研制花费5亿美元。　　以上都是大推力的火箭发动机，不好和中国现有的长征系列火箭作直接对比。　　和中国现在的长征系列火箭对比最直接的是当年欧空局的阿丽亚娜（Ariane）1-4系列火箭，其情况如下：　　1、阿丽亚娜1型运载火箭，在“欧洲号”火箭和法国“钻石号”火箭基础上研制，研制工作历时6年时间（），投资费用大约10亿美刀（1988年币值）。　　第一级为四台欧洲社会推进公司(Societe Europeenne de Propulsion)的维京(Viking)发动机，第二级使用一台维京发动机。第三级是一台氢液氧发动机。此种组合一直被使用到阿丽亚娜4号运载火箭，当然中间做了改进。　　2、就算如此，阿丽亚娜4号运载火箭的研制开始于1982年,其研制费用大约6.5亿欧洲货币单位。　　毛人下面的主力火箭发动机RD-191（200吨级推力，是RD-180的缩减版，这次棒子发射卫星用的就是它，这是RD-191第一次发射试验，可怜的棒子小白鼠），已经花了数亿美刀（棒子就付了2亿美刀，因为罗老号，再次可怜它），到现在还不能说是成功的（满足棒子需求并不代表满足毛人需求），连带安加拉河火箭到现在还未成功。毛人的消息是在下面的几年内还要在RD-191和安加拉河火箭上花3亿美刀。　　分析毛人的问题是毛人自强悍的苏维埃帝国解体以来，一直是基本在吃老本，加上人才流失，故而问题越来越多。　　从以上可以看出，研制火箭不是那么容易的，而是非常难的。那么我们为什么对长征系列火箭没有这个深刻感觉呢？　　 二，长征火箭的高成功率的发动机基础　　长征1号运载火箭的发动机来DF-4导弹。长征2号到长征4号火箭的发动机来DF-5导弹。我们大家最熟悉的是长征2号到长征4号。　　那么发动机呢？代号
　　应用 YF-20
联氨/偏二甲苯
FB-1，CZ-2C第一级 YF-20B
联氨/偏二甲苯
CZ-2C、2D、2E、3、3A、3B、3C、4A、4B第一级YF-21
联氨/偏二甲苯
FB-1，CZ-2C第一级
联氨/偏二甲苯
CZ-2C、2D、2E、3、3A、3B、3C、4A、4B第一级YF-22
联氨/偏二甲苯
FB-1、CZ-2C、2D、3、4A第二级YF-22B
联氨/偏二甲苯
CZ-2C、2E、3、3A、3B、3C、4B第二级YF-23/23F
联氨/偏二甲苯
FB-1、CZ-2C、2D、3、4A第二级 游离发动机 YF-23B
联氨/偏二甲苯
CZ-2C、2E、3A、3B、3C、4B第二级 游离发动机 YF-24/24F
联氨/偏二甲苯
FB-1、CZ-2C、3、2D、4A第二级YF-24B/24D
联氨/偏二甲苯
CZ-2C、2E、3A、3B、4B第二级YF-40
联氨/偏二甲苯
CZ-1D第二级 CZ-4A、4B第三级 YF-73
　CZ-3第三级 YF-75
　CZ-3A、3B、3C第三级　　看起来很多很杂吧？没关系，我们再查一下资料，结果是：　　第一级：　　主发动机：
YF20--〉改进提高性能-&YF20B，也作为捆绑助推器发动机　　游机：
YF23/23F--&改进提高性能-&YF23B　　　4台YF20并联--〉 YF21　　　4台YF20B并联--〉YF21B　　第二级　　主发动机：
YF20--&高空改进--&YF22
YF22--&改进提高性能--〉YF22B　　　YF22+4台YF23--〉YF24/24F　　　YF22B+4*YF23B--〉YF24B/24F　　第三级：　　　YF40---来自东风4改进型　　　 YF73---新研制　　　YF75--新研制　　也就是说，不谈第3级，发动机都是YF20/B和YF23/23B，而这些都是东风5的产品。光发射火箭就用了数百台，所以技术比较成熟。我们可以高呼YF20/20B、YF23/23B满赛。　　三，本次发射失败的一个简单分析　　而第3级呢？YF-73和YF-75都是发射同步星时才用的到，一次也才一台，到目前为止总共也才用了不到40台。它们两又都是全新研制的发动机。因此从某个角度而言，它两也许还不全面。事实如何呢？　　我们再看一下中国火箭发射失败的纪录：　　长征2号 . 返回式卫星一号 LEO 酒泉 失败
　　一根控制信号导线折断，火箭在起飞20秒以后姿态失稳，火箭自毁。　　长征3号 . 实验通信卫星 GTO 西昌 失败
　　火箭第三级发动机二次点火不成功而失败。　　长征3号 . 东方红二号甲 通信卫星 GTO 西昌 失败　　火箭的第三级出现故障导致失败，卫星未能进入预定轨道。　　长征2号E . 澳星B2 LEO 西昌 失败
国际商业发射　　卫星发生爆炸，但火箭仍然将残骸准确送入预定轨道。整流罩与卫星共振（中方说法）或整流罩结构破坏（美方说法），从而导致卫星爆炸。美方发射前没有提供卫星力学数据，无法进行星箭耦合试验。　　长征2号E . 亚太二号 通信卫星 LEO 西昌 失败
国际商业发射　　卫星爆炸引发火箭爆炸，星箭俱毁。整流罩与卫星共振（中方说法）或整流罩结构破坏（美方说法），从而导致卫星爆炸并引发火箭爆炸。美方发射前没有提供卫星力学数据，无法进行星箭耦合试验。　　长征3号乙 . 国际708号 通信卫星 GTO 西昌 失败
国际商业发射　　火箭惯性平台随动环回路中电子器件的焊接质量问题　　长征3号
. 中星七号 通信卫星 GTO 西昌 失败
国际商业发射　　火箭第三级发动机二次启动后提前关机，卫星未能进入预定轨道。　　长征3号乙
帕拉帕－D 通信卫星 GTO 西昌 失败
国际商业发射　　火箭第三级发动机二次启动后提前关机，卫星未能进入预定轨道。（但卫星进入的轨道偏差不是非常大，法方卫星厂家已经变轨回到正确轨道了。按国际通行计算，本次还是可以算成功的。）　　这其中信号线问题1次，电子器件问题一次，因为没有星箭耦合试验两次。第3级失败4次，占了一半。YF-73占了3次，YF-75占了一次。　　未经证实的内部小道消息说，这次的YF-75是10多年前研制的存货，5年前翻新过。当然，理论上是可以这么干的，实际上在全世界都屡见不鲜，如俄罗斯就用快到期的导弹改来发卫星。但前提是产品一定要技术很成熟，质量很稳定。否则..........　　航天专家又有发言说：“此次卫星（帕拉帕－D）制造商是法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司，也不排除是星箭在耦合方面或空间环境辐射影响导致的问题。”　　而航天专家说的这种情况也不是不存在：上表的澳星B2就是这个原因，不过当时中美双方都没有找到这个原因，查来查去，居然双方出公报互相承认对方没问题，然后继续发射。两年多后的亚太二号发射，又是因为这个问题导致卫星爆炸引起火箭爆炸。这下双方知道有问题了。最后米方一工程师私下（官方说法，实际上应该是休斯公司示意的，因为休斯公司后来为此向米国司法部门交纳了巨额罚款来免罪）找到TG，提出可能是这个问题（当时TG也强烈怀疑是这个问题）并提供数据的。　　那么为什么会有这种情况发生呢？　　要解决星箭耦合问题，卫星方需要提供相当的卫星力学数据，火箭方也要提供火箭的数据，这样双方才能经过复杂的计算来看有没有这个问题。若果有这个问题，改进卫星和火箭后，还要再次计算看是否解决了这个问题。
有了这个数据，TG就可以推测出很多对方设计的秘密，推测对方的设计意图，如何解决问题等，至少在TG设计卫星时有很好的参照物。而由于TG卫星设计上不如欧美先进，故欧美对此一直是能不提供就不提供，能提供的模糊就模糊。　　其实，产品类似的力学数据（不仅是火箭、卫星，飞机、汽车等也同样）在企业中都是绝密数据，这个数据就是产品详细设计的一个重要组成部分。我们常说仿制东西容易，但吃透很难。就是这些数据你不知道，也不知道对方到底考虑了什么，出了问题都不知道是什么原因，要改进只能是瞎猫碰死耗子了。　　有很多童鞋不知道这样的力学数据到底是什么东西，这里简单解释下（鄙人不是干火箭和卫星的，如有不对之处，欢迎指正）：　　我们大家都知道，物体都有固有频率，遇到外界这个频率时，就会有共振现象。　　古代的一个有趣故事中说：唐朝，有位和尚的磬常常不敲自鸣，突然来的磬声，使和尚惊恐不安，疑神疑鬼，此事叫当时管理宫中音乐的太乐令遇见，他才作了解释和试验，原来是此磬与前殿的钟，音调相同，由共振而发生了共鸣，前殿敲钟，磬就自鸣，后来把磬锉了几下，改变了固有频率，也就不响了。 　　当然，这种共振很有趣，但共振也会带来很多危害。说到共振的危害时，人们最为熟知和引用得最多的，便是下面这个例子：　　18世纪中叶，一队士兵在指挥官的口令下，迈着威武雄壮、整齐划一的步伐，通过法国昂热市一座大桥，快走到桥中间时，桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂坍塌，造成许多官兵和市民落入水中丧生。后经调查，造成这次惨剧的罪魁祸首，正是共振！因为大队士兵齐步走时，产生的一种频率正好与大桥的固有频率一致，使桥的振动加强，当它的振幅达到最大限度直至超过桥梁的抗压力时，桥就断裂了。类似的事件还发生在俄国和美国等地。有鉴于此，所以后来许多国家的军队都有这么一条规定：大队人马过桥时，要改齐走为便步走。　　1940年，美国的全长860米的塔柯姆大桥因大风引起的共振而塌毁，尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3，可是因为这座大桥的实际的抗共振强度没有过关，所以导致事故的发生。　　高山上的一声大喊，可引起山顶的积雪的共振，顷刻之间造成一场大雪崩。　　在产品上，共振也是经常要加以避免的，如机床上（向大家致歉，母鸡坑中后面有这部分内容，现在就发表一部分，母鸡还请大家先期待）就要避免共振现象，否则加工精度就很差。而机床上的零部件很多，它们之间的连接方式是很复杂的。比如说某个零件的固有频率是A（这个比较容易就可算出，当然要用到弹性力学和有限元法，还要保证材料的一致性，否则会有较大偏差），另一个零件的固有频率是B。这两个零件分别只对A和B有较大的震动响应。当这两个零件连接在一起，固有频率是多少呢？那就很复杂了，跟连接方式很有关系，必须要建立正确的模型（这往往是要人命的东西），而且在最后得到的频谱图上，对频率的震动响应往往不是一个频率，有多个频率会导致这两个物体有较大的震动。而机床上的零件之多，都通过各种方式连接在一起，精确的详细分析往往都是牛人才能完成。　　回头来说火箭和卫星，火箭在发射过程中会产生震动，在大气层内因为空气的作用更会遇到各种空气造成的震动，发动机的泵工作会造成震动。火箭内有大量的液体燃料，液体燃料在火箭管道中的流动有震动，发动机没有工作的那几节火箭中的燃料也会在运动中造成震动。卫星和其中的大量液体燃料也在其中震动。不同情况（容积、密度、成分、装在容器中燃料的形状）的火箭燃料本身也对不同频率的外界震动也有不同响应。而在发射过程中燃料一直在减少，火箭还要分多次抛掉用完的部分，因此情况是极其复杂的。加上液体燃料和外界空气的问题，流体力学和空气动力学（这两东西到现在还是不精确的）也掺杂其中，模型是很困难建立的，计算是很难的。　　 如果有哪一个频率刚好和某部分的固有频率接近，那麻烦就大了。轻者火箭失稳，重者爆炸。卫星也同样。当年中国研制东3（？），有次发射失败就是因为震动的关系导致导弹失稳爆炸。　　 顺便提一下，杨利伟坐神5上天时在某段时间就觉得很难受，专家们后来一查，原来是燃料在第2节火箭的管道中流动的频率和人体某部分比较接近（人体也怕共振，重者会导致人死亡的），改动火箭后，神6的2个宇航员就好多了。　　那么，火箭运载卫星，两者就连接在一起，必须将火箭和卫星的力学数据放在一起，才能计算出两者连在一起后的情况，这其中又分：完整火箭和卫星在一起、扔掉助推器后、扔掉整流罩后、扔掉火箭第一级后、扔掉火箭第二级后等多种情况。因为这个计算极其复杂，对技术要求也很高，当年休斯的专家私下早到中方后，一开始不认为中方能建立正确模型并进行计算，中方的专家和他背对背单独计算后两个结果一样才让他心服口服的。　　顺便提一句，钱学森、钱伟长、郭永怀等人，都是世界级的力学大师，钱学森还是控制论的世界级大师（当年学控制论，就跑到校图书馆顺了一本钱学森的控制论）。没有他们当年热血回国，建设一个强大的新中国，很难想象今日的中国航天。此处向他们为代表的老一辈专家表示我等小人物最崇高的致敬。　　所以说，航天专家的话有相当的道理，但中国90年代已经在这个方面吃过亏，不太可能没对法方提出这方面要求，那么也许是法方给的数据不全面或是有误差以防止中国从中可能探知法方的技术。　　当然，专家还提到了空间环境辐射，不过这就完全是中方火箭的原因了。本文来自龙空论坛四、长征火箭的功臣（1）
从上面的资料可以看出，火箭不是那么好搞的，虽然YF-73和YF-75的失败率相对于长征火箭的其它部分来说已经很高了，但也接近90%的成功率，扣掉首发的失败（首发失败的风险都很大，国际上一般首发也用模拟星来进行测试），成功率则超过了90%。考虑其它情况，我们也完全可以接受。但要对中间各个方面的问题有个清楚的了解(为什么会有现在的现状，将来如何发展，缺点和优点各是什么，等等)，我们要知道的事就要很多，要从中国航天的发展开始说（新中国毕竟建立才60周年，一直在快速发展，不仅航天，很多很多的事一扯就要从建国开始说，否则根本说不清。连我当年学机床设计，发现要搞清楚中国母鸡的情况，也要从建国开始说。因此，请大家耐心几章，才能看到连接上面章节的东西）。
1949年当太祖在天安门上宣布新中国建立的时候，中国的情况大家都知道，只能用一穷二白来形容，科技落后，文盲率高达80%。在这种情况下，TG开始疯狂的建设这个国家，狂热的攀科技树。加上当时国际上以米国为首的国家对中国的核讹诈和封锁，从这样的角度而言，发展两弹一星（卫星是后来加上的，当时世界上还未有发射一个呢）就成了新中国的一个必然选择。有这个必然选择需求固然很好，可也得有能干的人才行。
而当时中国的情况是这些方面的人（尤其是导弹和火箭）基本没有（有一些后来大名鼎鼎的火箭专家在50年前就回国了，可惜当时没人认为可以，具体原因后面说）。TG虽然给人的映像是土鳖一个，可实际上TG一点都不土：高层基本都是出国留洋过的，未留洋的也都啃过资本论，里面对工业发展还是有相当道理的；在太行山的兵工厂时期就有留德的博士。想想这些大家就应该明白了。因此没有人的话，决策部门是不会同意上马导弹和火箭的。
我们看翻看中国航天的历史，发现是一个璀璨的明珠+一小批欧美海龟+一帮苏毛海龟+大量的土鳖演出了整个过程。然而，到1955年，欧美海龟已经到位，苏毛海龟和土鳖却不见踪影。而到位的欧美海龟无法完成这个任务，看来中国的航天还未开始就要夭折了。然而，到年底，那颗璀璨的明珠出现了.........
1955年底，经过周总理的外交努力，一个全世界伟大的科学家回国了，给中国的导弹火箭研制带来了希望，他就是中国航天之父钱学森。
1956年2月，钱学森向中央提出《建立中国国防航空工业的意见》。 中国的航天事业从此开始起步了。那句“火箭比飞机容易”的话也就是那时钱学森说出来的，其原因我在第一部分中分析了，就不再说了。
为什么钱学森这么重要，这要看他的经历和之前的成就。下面是个钱学森在米国的简单介绍：
1935年 留学米国麻省理工学院航空系。　　1936年 获麻省理工学院航空工程硕士学位，后转入加州理工学院航空系学习。　　1939年 获美国加州理工学院航空、数学博士学位。　　1943年 任加州理工学院助理教授。　　1945年 任加州理工学院副教授。　　1947年 任麻省理工学院教授。　　1949年 任加州理工学院喷气推进中心主任、教授。
米国顶尖大学的教授呀，这个经历很辉煌，就是现在留学后能在米国一流大学当教授的人，都是众人羡慕的对象，作为人才引进回国的话，那可是风光无限呀。但光看这个经历是不够的，当时TG手上也不是没有世界顶尖大学的教授级专家（以当时名气和能力而言），如华罗庚（数学家，任普林斯顿数学研究所研究员、普林斯顿大学和伊利诺斯大学教授）、周培源（量子力学、相对论、流体力学专家，国际理论与应用力学联合会理事）、彭桓武（理论物理学家，都柏林高等研究院助理教授、皇家爱尔兰科学院院士，945年与玻恩共同获得英国爱丁堡皇家学会麦克杜加尔－布列兹班奖。）、王淦昌（核物理学家，1930年他提出了验证中微子存在的实验方案，因导师未批准而未做，1932年英国物理学家查德威克采用类似的实验方法，发现了中子并因此获得１９３５年的诺贝尔奖。）、郭永怀（力学家，应用数学家，创办康奈尔大学航空研究院，任教授。钱学森的师弟，在空气动力学方面是世界级专家，回国比钱学森晚两年）、钱伟长（力学家、应用数学家，钱学森的师弟，在空气动力学方面是世界级专家）等，这些经历并不能让TG将他捧到简直就是决定航天生死的重要地步！
钱学森在麻省理工学院学的是航空工程（当时中国流行航空救国的说法，造出好的飞机就是很多热血留学人员的目标），获得硕士学位后，由于当时外国留学生在米国航空工厂不受欢迎，再加上他的父亲好友、也是他的岳父，蒋百里（民国名人，军事教育家）考察欧洲后的结论--独国空军的强大是建立在航空理论扎实的基础研究上，钱学森于是开始转向航空理论研究。这个转向对于后来的中国是很重要的。
于是钱学森去了加州理工学院航空系，找的导师是冯·卡门。
我们提到钱学森时总会提到这一点：钱学森的导师是冯·卡门。到底冯·卡门和钱学森是名师出高徒还是高徒出名师呢？这里简单介绍下他：
冯·卡门是匈牙利犹太人（又是犹太人，爱因斯坦是，冯·诺伊曼是，马克思也是），大学毕业后先在奥匈帝国军队的陆军部队服役一年，退役后1906年去了哥廷根大学（当年全世界最顶尖的大学之一），跟随现代空气动力学之父普朗特尔教授研究材料力学，又和独国物理学家玻恩（学量子力学的都知道这个人，号称汇集全球三分之一智慧的照片---二十世纪科技大牛合影中的一个，量子力学历史上星光最闪耀的人之一，他提出了量子力学的概率解释，从此世界就不是我等小民能理解了，感兴趣的可以去看《量子力学史话》）合作搞过晶体原子结构模型。冯·卡门在１９１１年推出了他生平最著名的论文，阐明了第三个，也是最后一个阻力源，叫做型面阻力。他发现当气流和物体之间附壁作用失效，并在物体后面乱成一股尾流时，就会产生型面阻力。后来，这个伟大的发现被定名为“卡门涡列”。它成了飞机、船舶和赛车设计的理论基础。 第一次世界大战爆发后，冯·卡门被征入伍。大战期间，他曾设计制造了世界上最早的系留式直升飞机。１９３０年，他提出了关于“紊流理论”的论文。到那时，他已经是世界伟大的空气动力学大师了。同年，独国反犹太人的风声日紧，冯·卡门预感不祥，便答应加州理工学院的邀请移居美国（感谢猿首！顺便一提，爱因斯坦也是因为同样的原因去米国的），把独国先进的航空理论带到米国，成为应用力学最受尊敬的教授。后面的情况我就不介绍了，因为那和钱学森无关。
20世纪30年代，世界各国飞机的飞行速度和飞行高度是空军实力强弱和空战胜负的关键。当时的航空工程面临两大难题：
1.当飞机的速度接近音速时，空气的压缩对飞行器的性能有什么影响？
2.寻求超音速飞行器的理论指导与技术设计。
1939年钱学森以四篇博士论文获得加州理工学院航空和数学的双博士学位。这四篇论文解决了上面所述的两大难题。
钱学森论文的第一部份提出并解决了飞机在高速飞行时会产生“热障”问题。那时候没有计算器，钱学森对热的传导提出了复杂的数学计算， 用一种新的近似值连续算法精确计算出飞机在高速飞行时受到空气阻力所产生的热效应。
钱学森论文的第二部份是飞机在高速飞行时，如何计算器翼表面压力的分布状况。当时航空界已知的计算方法只适用于机翼较薄、飞行速度较慢（低于零点五马赫）的飞机。冯卡门提出命题，钱学森找到了答案，师徒二人共同解决了这个航空动力学的基础问题，发表了著名的“卡门—钱学森公式”，又称“卡门—钱学森方法”。这是航空科学史上闪闪发光的一页。
“热障”理论和“卡门—钱学森公式”是所有航空飞行器的指导理论，在第二次世界大战期间以及二战以后很长一段时间，都被世界各国广泛应用于超音速飞机的设计与制造，直到计算机被广泛应用。
钱学森因此成为世界著名空气动力学大师。这也是为什么钱学森为争取火箭项目说了那句争取立项的话后，能被大家认同的一个极其重要原因，要知道，当时TG手上可是有好几个英米世界级航空公司回来的专家，没吃过猪肉也看到过猪走路，如陆孝彭、徐舜寿、吴大观等。
如果就这样下去，钱学森就仅仅是个世界伟大的航空大师。然而钱学森开始转向研究火箭了。这不奇怪，当时的航天才刚刚发展没多久，航空航天还没有分家，冯·布劳恩在柏林工业大学学习的就是航空工程，科罗廖夫则是著名飞机设计师图波列夫的得意助手。这次转向对于后来的中国的重大帮助当然我们现在知道了。
其实，早在钱学森到加州理工学院后，就对火箭发生兴趣，参加了同学马林纳组织的著名的“自杀俱乐部”（这个俱乐部一无资金，二无设备，甚至连试验、研究的场地也没有。没有设备，几位年轻人到旧货摊上、到废品仓库里去拣零件自己安装。没有试验场地，就到自家房后草坪上进行。因为这类试验稍有不慎便有发生爆炸的危险，所以，马林纳戏称自己组织的是“自杀俱乐部”），这就是著名的NASA喷气推进实验室（JPL）的前身，未来的米国火箭诞生的摇篮。
钱学森于1937年5月 29日向小组提供了一份研究报告，解决了火箭设计中遇到的几个理论问题。报告的内容包括：燃烧室中的温度、火箭的理想效率、燃烧产物膨胀不足和过度膨胀对火箭效率的影响、燃烧喷嘴设计、发动机推力的计算等。这也是当时米国在火箭方面早期极有价值的一份研究报告。
1940年加入加州理工学院火箭研制组，研究火箭固体燃料、结构变形等课题。
1941年参与风洞研制。
1942年发表论文《风洞的汇聚风斗之设计》。举办了喷气技术和火箭训练班，为美国空军培训了第一批导弹技术人员。
1943年和热心研究火箭技术的同学马林纳合作，完成了《远程火箭的评论与初步分析》的研究报告，提出了几种火箭研究的设想，为美国发展地地导弹和探空火箭奠定了理论技术基础。
同年米军情报部探知德军正在德国境内建立大规模的火箭发射基地，火速拨款成立加州理工学院喷气推进实验室，钱学森任喷气研究组组长（共弹道、材料、喷气、结构四组），有相当消息称是实际的第一任负责人。
1944年，在冯·卡门领导下，钱学森作为火箭理论组组长，参与成功研制了列兵A（Private A）固体燃料火箭。列兵A/F系列火箭后改进为Corporal液体火箭。而后来米国火箭的两个鼻祖之一就是Corporal液体火箭，另一个鼻祖就是大名鼎鼎的V2。
1944年米国国防部聘冯·卡门为米国空军顾问，草拟未来20年美国太空研究的蓝图。冯·卡门特约钱学森到华盛顿参加他领导的国防部科学顾问小组。
1944年冬，钱学森辞去在加州理工学院担任的各项职务，到华盛顿参加国防部科学顾问组。
1945年4月，米国国防部派遣以冯·卡门为首、团员包括钱学森（此时已因对空气动力学的研究作出重大贡献成为米国陆军航空兵上校）在内的调查组，飞往德国，审问独国火箭科学家和考察独国火箭设施。这就是著名的米国抢独国火箭行动的一个重要组成部分。其中有两个花絮很有意思：
钱学森和冯·卡门一起审问了冯·卡门的老师普朗特。
钱学森审问了冯.布劳恩（未来的中国航天之父审问未来的米国航天之父！）。冯·布劳恩应钱学森的要求，写出书面报告《德国液态火箭研究与展望》。
1946年发表论文《超等空气动力学》、《稀薄气体力学》。
1947年晋升为麻省理工学院教授。
40年代钱学森又在超高速及跨音速空气动力学、薄壳稳定理论方面对航空工程理论有许多开创性的贡献。
40年代末提出“钱学森弹道”。半弹道式再入航天器或升力体式航天器的再入弹道的基本设计思想，均来源于“钱学森弹道”。（目前载人航天的必备）
40年代后期发表了“时速为一万公里的火箭已成为可能”的惊人火箭理论而誉满全球。（10年后的洲际导弹将此变为实现）
40年代后期，钱学森带研究生的课程中已经有火箭洲际飞行的课程了。
1949年应聘为加州理工学院教授。
出任加州理工学院喷气推进实验室主任，领导米国太空火箭的研究。上面的直接负责人是米国海军次长。
1949年发表了一篇核火箭技术的出色论文，至今仍被认为是这个领域中的一篇经典性名著。其中提出了星际旅行的相关惊人理论，从而再次誉满全球（米毛后来都研制过核火箭发动机，可惜都失败了）。
到那时，钱学森已经是个不折不扣的世界级航天大师了。此时他已经完全可以和科罗廖夫以及冯·布劳恩比肩了，在相关理论研究和指导（这是大师们的极其重要一个方面，往往这就是决定项目成功与否的关键。毕竟一个人力量是有限的，必须会带领大家）方面已经超过他们了。科罗廖夫此时还在秘密开发火箭，而冯·布劳恩则在米国坐冷板凳。
一般的纪录都是说米国人对火箭不感兴趣才导致冯·布劳恩二战结束后在米国坐了5年冷板凳。但实际上到那时，米国对火箭还是很重视的，米国海军次长亲自主管领导米国太空火箭的研究的喷气推进实验室，而且冯·布劳恩咸鱼翻身（1950年）就是从钱学森开始受麦卡锡主义的迫害开始。从上面的纪录来看，相信钱学森当时的成就和表现是导致冯·布劳恩坐冷板凳的极为重要原因。如果钱学森继续在米国干下去，带领米国的专家和科罗廖夫对抗的应该就是他，米国的航天之父也就应该是钱学森了。
麦卡锡（他一定是个共谍！！！）主义开始在米国出现，此时钱学森也在考虑回国，后面迫害的事我们大家都很清楚了。
米国海军次长丹尼尔·金布尔(他对喷气推进中心承担的研究计划负责)当时说出了著名的话“我宁肯把他枪毙，也不愿放回中国，无论在什么地方他都值5个师。”。（才5个师？？？这是对钱学森的侮辱！！！他以后就会知道这一点的。）
当然，后来米国海军次长丹尼尔·金布尔又后悔了：“这是这个国家所做过的最愚蠢的事，”他(还是因为他对喷气推进中心承担的研究计划负责)说，他曾经努力使钱学森留在美国。“即使我是土星共同体他也不会是，但我们还是让他走了。”（米国人还会更后悔的，越往后米国人越会后悔。到2007年中国用竹竿从太空中捅下一个卫星后后悔达到了高峰，但未来还有后悔的更高峰）
现在钱学森变成一名“土星共同体间谍”企图携带机密文件离开这个国家（事实上钱学森没有拿任何机密文件。但他比有史以来所有的土星共同体间谍加起来还要伟大。他带给红色中国的岂是区区几份机密文件能比的吗？他携带走的是整个航天部门！！！），不去研究火箭了，但伟大的天才就是天才，他开始去研究控制论。1954年，钱学森的《工程控制论》在由米国McGraw-Hill图书出版公司正式出版，这是这一领域的奠基式的著作。相对论、量子力学和控制论被认为是20世纪最伟大的3项科学成就，而《工程控制论》就是控制论的一个划时代著作，现在学自动控制的没有不学它的。
我个人认为冯·卡门的那句说“你现在在学术上已超过了我!”更多的表现是一个时代的大师在晚辈取得的无可仰望的成就面前不得不说的。因为原来大家都是吃同一碗饭的，学生虽然已经在这个行业内超过了老师，原来是行业大师的老师也不会公开承认的，毕竟米国是资本主义社会，个人的利益怎么能放弃呢（其实，这种情况在社会主义也一样）。但当这个学生在另一个更伟大的领域取得了伟大的成就，这个老师也不得不承认。
米国人认为当时火箭技术的快速发展只需要5年就会让无法接触相关内容的钱学森落伍，不再有价值。（米国人目光实在太差了。很快他们就会明白这一点的）
于是终于在1955年同意钱学森回国了。
现在，一个伟大的航空科学家+伟大的航天科学家+伟大的控制论科学家（别忘了火箭导弹上自动控制是极其重要的），这个可以说是航天方面的全才回到了新中国。这个历史的传奇故事就从此开始他最绚丽的演出。
这就是钱学森回国后能全面主持中国航天的原因。可以说，除他外实在没有其他人能办到了。虽然中国的航空和航天都是从苏联老大哥那的产品仿制开始的，但如果没有钱学森，其它条件不变，那么我们的航天很可能当时就以失败而告终，也许坚持努力下来，也就是20世纪末才研制出类似东风5的东西，现在的航天能力比阿三强，但绝对不可能搞定载人航天，发射个同步卫星都有较大的不足。
虽然建国初还有很多的归国专家在，可没有钱学森，下面章节的内容再做分析的话，大家就会看到，事情很可能就是上面写的那样。
PS：40多年后，米国又出了一个类似的冤案，主角是华裔科学家李文和，在米国洛斯阿拉莫斯国家实验室（别告诉我你不知道这个地方）工作。不过，从技术层次上对比，他比钱学森差多了，如果他是洛斯阿拉莫斯的首席科学家还差不多。本文来自龙空论坛()
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