英语天天练免费下:钱学森在美国的成长与巅峰时期

钱学森在美国的成长与巅峰时期

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钱学森

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杂谈

作者：YST

中国人会读书的太多了，中国留学生在国外表现杰出的也非常多，拿瑞典炸药奖的就有六、七个，但是他们的影响力都很有限。钱学森一九三五年来美国作研究生，一九四五年就成为五角大厦导弹技术核心顾问组的成员，为美国未来的军事发展规划蓝图，成长速度之快、影响之深远令人瞠目结舌。到目前为止没有一个中国留学生的成就和影响力能够跟钱学森相比，也没有一个外国科学家能相提并论，譬如费米博士来美国以前就已经是世界知名的伟大物理学家了。钱学森在美国的事业成长是传奇性的。
 
这篇文章我们就来谈谈钱学森在美国非常灿烂的事业与学术生涯。
 
（１）宽广的学术背景
 
科学的领域太广了，通常的学者只能在很窄的范围内做很深的研究。一般说来，研究越是深入的学者，知识范围越是狭窄，因为人的学习总量通常只有这么大。理论大师进入实验室不是打翻瓶子，就是被地上的电线绊倒；会动手的工程师通常数学不怎么样，理论走不深。钱学森学习的领域广阔，因此比别人更能做出革命性的突破，也比别人有前瞻性，更能做出开创性的规划。
 
尤其要做一个好的领导者，知识的博大比精深更重要。这方面负面的例子很多，现成的例子就是李远哲。李远哲的知识太窄，深而不博，导致他领导的「教改」工作彻底失败，连中小学的教育改革这种并不算复杂的工作都一败涂地，更不用说领导什么开创性与前瞻性的科技规划了，完全超出他的能力范围。离开化学里他专精的那一小部份，李远哲什么都不懂。李远哲若是为中华民国未来二十年的科技发展作规划，一定是灾难性的。
 
钱学森则是一个典型正面的例子。他在一九四五年为顶尖富强的美国规划未来的军事科技，又在一九五五年为一穷二白的中国规划未来的军事科技。这两个国情完全不同的国家，他的长期规划工作都获得了空前的成功。如此艰巨的任务能够成功绝不是偶然，也绝不是运气，而是凭借渊博的知识与务实的经验。这种既广且深的领导工作就连伟大的全能物理学家杨振宁都做不了。
 
军 事科技涵盖面之广、牵涉知识之深不是一般人能想象的。举一个例子，二战时期为了发展雷达美国国防部在麻省理工学院成立了「放射实验室」（Radiation Lab）。从零开始，「放射实验室」在高峰期有超过一千名科学家在里面全时间工作。战争结束后，大部分的科学家回到学术界，其中有六位拿了诺贝尔奖，两位成为美国总统的科学顾问，发展军事科技所需要的天赋与知识由此可见。军事科技处处是学问，雷达不过是军事科技很小的一环而已。钱学森的影响力之所以超出绝大多数的科学家就是因为他能够跨越「科学」与「工程」这两个完全不同的领域，做到了既博大又精深，这是非常困难与罕见的。
 
钱学森１９３６年转入加州理工学院就读。这所学校强调理工结合，培养的学生既是科学家，也是工程师，博大精深就是在这种环境成长的。所以钱学森虽是航空系的学生，但是经常去数学系和物理系修课。譬如当时数学的前沿复变函数论、物理的前沿量子力学与相对论等，他都进修了。化学、生物学有些课程钱学森也去听讲，因此跟教授量子化学的鲍林（Linus Pauling，1901-1994，获得1954年诺贝尔化学奖和1962年诺贝尔和平奖）大师成了好朋友，并且一同探讨未来化学的发展。就是这样，钱学森打下了坚实而又广阔的数理化基础。在火箭的研制工作中，钱学森负责设计并建造了加州理工学院的小型高速风洞，累积了工程经验。这是导致他日后能够为五角大厦规划长远发展计划的重要原因。
 
（２）“自杀小组”（the suicide squad）
 
美国在上个世纪的三０年代没有什么科学家愿意从事火箭的研究，他们把火箭跟星际旅行连在一起，看成是科幻式的旁门左道。因此当时的美国没有科学家会正经八百的看待火箭。但是加州理工学院出了一个研究生名叫马林纳（Frank Malina）要挑战传统，他倡议成立一个火箭研究小组。根据张纯如（Iris Chang）的书，加州理工学院的火箭研究小组初始成员只有四个人：马林纳（Frank Malina），派生斯（Jack Parsons），福曼（Edward Forman），和钱学森。这就是后来著名的“自杀小组”（the suicide squad）成员。
 
钱学森在晚年回忆说：“马林纳这个人很聪明，小组的其它几个人动手能力也强，但他们理论上不怎么样，于是找到我，要我帮助他们解决一些理论计算的问题，就这样我参加了火箭小组的工作。”
 
火箭小组成立了，但没有经费。同事把他们看成一帮怪人，他们就打工购买二手材料制作火箭。后来有一位研究生阿诺德（Weld Arnold）愿意给小组捐献一千美元，条件是允许他进行拍照，于是这一千美元就成为美国火箭研究小组的第一笔资金。
 
有了这一千元，大家立即着手展开工作。钱学森首先对火箭研究进行分析计算，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、燃烧产生气体膨胀不足和过度膨胀对火箭效率的影响、燃烧喷嘴的设计、发动机推力的计算等等。这份报告被收进他们的火箭研究课题选集，该选集被小组成员称为他们的“圣经”（美式幽默）。
 
到了６月份，小组的工作得到冯卡门的支持。于是小组可以利用学校的实验室设备进行试验。但是随后的试验有多次失败，并且给校园造成许多灾难性的损失。火箭试验时产生的腐蚀性气体使许多仪器的金属表面氧化，有一次爆炸差一点使马林纳丧命，污染性气体弥漫着办公楼的许多房间，呛得人喘不过气来。
 
冯卡门不得不把他们赶出校园，全校师生从此戏称他们是一个“自杀俱乐部”，这个火箭小组就成了日后大大有名的“自杀小组”（the suicide squad）。
 
“自 杀小组”并不因此而灰心丧气，他们把设备搬到市郊一个名叫阿洛约．塞科（Arroyo Seco）的干枯河床上进行试验。于是这个地方就成了美国火箭的摇篮，后来发展成为全球著名的「喷气推进实验室」（Jet Propulsion Laboratory，简称 JPL）。
 
（３）助飞火箭（JATO）与喷气推进实验室（JPL）
 
１９３８年的秋天，冯卡门和加州理工学院的校长参加一个美国科学院所属的军事航空委员会召开的会议。军方在会议中建议发明一种火箭能够助推重型轰炸机，使它能在很短的跑道上或是航空母舰上迅速起飞。当时传言纳粹德国正在发展火箭，所以美国国防部感到压力，特别是时间上的紧迫。冯卡门回到学校后立即找马林纳、钱学森等人商议，决定接受这个名为“JATO”的任务。JATO 就是 Jet-Assisted Take Off（喷气助飞）的缩写。
 
钱学森原本对火箭就很有兴趣，也意识到火箭技术的军事用途，他的博士论文最后一部分就是探讨和论证连续脉冲的火箭推进方法，题目是「探空火箭的飞行分析」。有了“JATO”的任务，在冯卡门的支持下，火箭小组做了一只八英吋长的小火箭吊在实验室的屋顶上作理论实验，然后再到山谷里作规模较大的试验。如此理论与试验反复进行，终于在一九四一年８月的火箭试飞取得成功。“JATO”诞生了。“JATO”这种火箭助飞器很快就在二战时的美国空军得到战场应用。 
 
   １９４４年德国的V1和V2飞弹发展成功，希特勒开始大量使用飞弹攻击英国，伦敦不断遭受飞弹袭击。美国国防部急如星火，希望加州理工学院的火箭小组能制造出新式飞弹来对付纳粹德国。冯卡门和钱学森等研究后认为美国的技术水平和实验条件比德国差太多，必须耗费巨资建立一个全新的、大型的喷气推进实验室，才能设计出射程超过一百英里以上的飞弹。于是美国军方投入三百万美圆正式建立了一个庞大的实验室，这就是加州巴沙迪那「喷气推进实验室」（Jet Propulsion Laboratory，简称 JPL）的诞生。
 
图1   １９４４年 V1 飞弹袭击伦敦。
 
V1 又称“飞翔的炸弹”（the flying bomb），身长7.9公尺，翼展5.37公尺，是人类战争历史中第一种导弹，也是最早的巡弋飞弹。V1 最大飞行速度656公里/小时，最大飞行距离240公里，飞行高度3,050公尺，全重2,150公斤，弹头重830公斤。从１９４４年６月到１９４５年３月，德国使用大量V1飞弹攻击英国南部。德国总共制造了三万枚V1飞弹，用了大约一万枚攻击英国，其中 2,419 枚击中伦敦市区，造成伦敦 6,184人死亡，17,981人受伤。
V1 是一种非常恐怖的飞弹，因为它飞行的时候发出「嘶---- 嘶----」的恐怖声音，然后突然停止，死一般的沈寂，飞弹开始向下俯冲，接着就是轰然巨响的爆炸。这种恐怖的声音对人心和士气造成非常大的冲击。
 
JPL 成立后，美国国防部要求 JPL 不仅进行火箭的研究，而且负责制造出可以控制的导弹（台湾称作「飞弹」，其实「导弹」更为恰当，因为导引是飞弹飞行的重点，火箭一般说来是没有导引系统的）。JPL 成立时冯卡门是当然的主任（Director），钱学森是研究分析组的组长，林家翘（1962年当选美国国家科学院院士）、钱伟长（1955年返回大陆）、郭永怀（1956年返回大陆）等华人科学家都在这段时间为 JPL 效力。
 
图2    下面这张照片是钱学森（右边第二人）和其它工作人员在美国导弹试射场拍摄的照片。
 
 
 
（４）美军上校钱学森赴德国考察
 
有了「喷气推进实验室」，加州理工学院自然成为美国研发导弹的核心，冯卡门从一九四四年１０月起担任美国空军科学顾问团的团长，钱学森作为团里唯一的外国人，配戴可以参与最高军事机密的金色证章出入五角大厦。
 
1945 年春，盟军胜利在望，罗斯福总统要求迅速派遣专家前往德国的军事工业重地探索所有可能的隐密。四月底，冯卡门组建了一个由三十六位专家组成的「科学咨询团」前往德国。冯卡门受聘担任这个科学咨询团的团长，被授与少将军阶；钱学森受聘担任火箭组的主任，被授予上校军阶。一群美国科学家浩浩荡荡前往欧洲讯问德国军事科学家，收缴德国掌握的军事科技和最新装备，并且争取优秀的德国军事人才来美国效力。
 
钱 学森参与讯问的第一位德国火箭专家就是冯．布劳恩（Wernher von Braun），他是德国 V1 与 V2 飞弹的总设计师。钱学森让布劳恩写出【德国液态燃料火箭发展及未来展望概论】，受到美国军方的重视。美国将布劳恩和他的设计小组都带到美国。移居美国的布劳恩后来担任美国「国家航空暨太空总署」（NASA）的空间研究设计师，主持设计了「阿波罗４号」太空计划。
 
冯卡门与钱学森在德国布隆施维市郊外一片茂密的松林中，意外发现纳粹空军元帅戈林直接领导的、高度秘密的「气体动力学研究所」。他们不但查验了研究所，而且还检验了高速风洞、实验室、和所属工厂等等总共五十几个伪装良好的建筑物，并且用仪器探测到埋藏在密林深处的数千件机密文件。这些发现使钱学森对德国火箭与炸药的研制有了深刻的了解。
 
对我而言，最有意思的是下面两张照片。
 
 
图3    1945年四五月间，钱学森跟随冯卡门讯问冯卡门的老师——著名的空气动力学家普朗特。这是钱学森（中），冯卡门（右），和普朗特（左）三人会见时的合影。
这张照片是世界气体动力学三代掌门人的合照：徒弟钱学森，师父冯卡门，和开山祖师爷普朗特。这是一张历史性的照片，非常有趣。师父和徒弟连手审讯师祖，更是历史的玩笑。
 
 
图4    钱学森上校、冯卡门将军与普朗特教授。
这张照片我不太能确定地点，应该是德国的哥丁根大学——普朗特执教的大学，也是冯卡门的母校。右边算起，第一人是钱学森，第二人是冯卡门，第三人是普朗特，最左边的人不知道是谁。拍摄时间应该是一九四五年５月。
 
（５）钱学森对美国国防的贡献
 
自从１９４１年火箭助推器发展成功以后，美国军方不但需要火箭，而且需要培训一批了解这门新武器的军官。于是钱学森除了为航空系的研究生讲课外，还要为这些军官开设工程数学原理和喷气推进原理等课程。这些军官后来成为美国先进部队的骨干。
 
在培训这些军官研究生的第二年，钱学森编了一部内容丰富的教材，取名【喷气推进】，成为美国第一部全面系统论述喷气推进的基本原理和火箭性能的著作。此后的十几年，这部巨著一直是美国研究生和军事工程师必读的教材和参考书，被奉为权威性的著作。
 
钱学森对美国国防最大的贡献是二战结束，冯卡门率领的三十六人科学咨询团从德国回来以后，向美国政府提出的书面报告。这时候的钱学森不但从德国带回丰富的资料，而且走访了美国各处的研究中心和实验室，对美国航空事业的发展现况和未来潜力有了全盘了解。
 
科学咨询团从欧洲回到华盛顿后，便开始整理资料，最后向美国国防部提出了著名的【迈向新高度】研究报告。这份远景规划的国防报告一共有九卷，其中第３、４、６、７、８卷和技术情报附录是出自钱学森之手。
 
作为「科学咨询团」的核心成员，并且代表战胜国审讯代表战败国的普朗特和冯．布劳恩，钱学森掌握了大量的第一手资料，而且深刻了解德国在飞机和火箭技术上已经走在美国前面。钱学森总结了欧洲各国特别是德国的科研成果与发展经验，向美国政府提出战略性发展的独创见解和实际可行的技术路线。在【迈向新高度】研究报告中，钱学森翔实论述了高速空气动力学的发展，涵盖了脉冲式喷气发动机、冲压式喷气发动机、固态与液态燃料火箭、超音速导弹、以及核能作为飞行动力的可能性等等先进技术，评估这些技术已有的研究成果、目前存在的问题、和未来发展的前景。
 
【迈向新高度】是美国二战后航空与航天发展的规划蓝图，它为美国空军未来50年的发展指明了方向，从根本上改变了未来战争的型态。有了【迈向新高度】所奠定的理论基础，二十世纪的下半叶美国在航空与航天事业上获得飞跃的发展，成为世界第一军事强国。美国专栏作家米尔顿．维奥斯特曾这样写道：「钱（学森）是帮助美国成为世界第一流军事强国的科学家银河中的一颗明亮的星。」
 
（６）麻省理工学院最年轻的正教授
 
１９４６年，钱学森应聘为麻省理工学院航空系的副教授。同年，钱学森在美国的【航空科学期刊】发表题目为「原子能」的论文，提出了原子能如何应用在航空与航天上。他在麻省理工学院举行一系列的演讲，叙述核燃料助推火箭的设想和相关工程问题，引起广泛的兴趣与讨论。
 
一九四七年初，麻省理工学院决定破格提升钱学森为终生职的正教授，并恭请冯卡门教授写推荐信。在冯卡门的高度推荐下，钱学森成为当年麻省理工学院最年轻的正教授。这一年，钱学森荣升正教授、返国探亲、结婚、再回到麻省理工学院的校园继续研究和教学，一切都那么的顺利和完美。
 
（７）回到加州理工学院任教
 
虽然享有麻省理工学院的终身职，钱学森并没有在这个校园住多久。
 
１９４８ 年的夏天，实力雄厚的古根汉基金会（Solomon R. Guggenheim Foundation）在加州理工学院和普林斯顿大学各成立一个「喷气推进中心」。这两个中心不约而同地热情邀请钱学森担任这个中心的主任。加州理工学院新任校长杜布里奇亲自写信欢迎钱学森回到巴沙迪那的校园来，钱学森接受了他的邀请。第二年，钱学森奔赴加州理工学院，进入他事业充满曲折的第二阶段。
 
 
图5   一九四九年初夏，钱学森与妻子蒋英前往加州理工学院，途中留影。（郭永怀摄）