孕育：研究工程控制论并关注运筹学

1950年6月6日，美国三军人事局局长正式签署了禁止钱学森接触涉密项目的通知。钱学森的涉密研究许可证随即被吊销。随着事态的进一步恶化，他被禁止离境，回国行李也被扣留。后经过几次正式听证后，钱学森被判驱逐出境，但附加一个条件，那就是驱逐行动等待进一步指示。此后，在滞留美国期间，他将自己的研究重点转向不涉及保密问题的控制论。控制论是二战后产生的研究机械系统和电气系统的控制与操纵的科学，以1948年数学家维纳的名著《控制论——关于动物体和机器的控制与联系的科学》的出版为创立的标志。钱学森很快就运用控制论的原理解决了一批火箭导弹技术中的问题。1951年，他研究了探空火箭的最优推进的设计，即探空火箭的最优弹道问题，提出了一条理想弹道，能在相同的燃料消耗条件下使火箭达到的高度最大。1952年，钱学森研究了如何利用反馈控制的方法使火箭发动机中的燃烧过程保持稳定，成功地建立了描述燃烧室压力变化规律的方程。

随着对控制论研究的不断深入，钱学森意识到在整个工程技术的范围内，几乎到处存在着被控制的系统。于是，他从技术科学的高度出发，运用控制论的基本思想，结合在二战中发展起来的控制与制导技术的实践经验，以更广阔的眼界来观察工程领域中的自动控制问题，对各种工程技术系统的自动调节和控制理论做了全面研究，把控制工程系统的技术总结提炼为一般性的理论，从而创立了“工程控制论”这门新的技术科学。工程控制论实际上是对工程系统工程的理论分析与总结，旨在研究在工程中实现自动控制与调节的理论以及自动控制与调节系统的结构原理。工程控制论的创立是控制论领域的一次伟大突破。钱学森对工程控制论的研究必然会涉及对工程系统工程的研究。1953年底，他在加州理工学院为研究生开设了“工程控制论”课程。

1954年，美国McGraw-Hill图书公司出版了钱学森所著《工程控制论》英文版，随即引发了学术界的轰动。《工程控制论》系统地揭示了控制论对自动化、航空、航天、电子通信等科学技术的意义和深远影响。该书的出版被认为是系统科学发展的第一个里程碑。钱学森在序言中指出，控制论所讨论的主要问题是一个系统的各个不同部分之间的相互作用的定性性质，以及整个系统的总的运动状态。在《工程控制论》第18章里，他讲到用不那么可靠的元件组成高度可靠的系统的问题。这大大超出了当时自动控制理论的一般研究对象，实质上属于系统工程研究的问题。(https://www.daowen.com)

在被美国政府滞留时期，钱学森还密切关注着另一门与系统工程有直接联系的理论——运筹学的发展。运筹学是管理系统的人为了获得关于系统运行的最优解而必须使用的一种科学方法。它使用许多数学工具（包括概率统计、数理分析、线性代数等）和逻辑判断方法，来研究系统中人、财、物的组织管理、筹划调度等问题，以期发挥最大效益。20世纪30年代末，英国皇家空军最早开始应用运筹学的方法来解决实际问题，运筹学作为一门新兴学科也随之诞生。在二战爆发前夕，德国已经拥有一支强大的空军，德国飞机只需17分钟就可以飞抵英国本土。虽然英国科学家罗伯特·沃森-瓦特（Robert Watson-Wart）在1935年发明了雷达，但是在如此短的时间内如何预警和拦截德国飞机成为一大难题。1939年，英国皇家空军指挥部组织了以曼彻斯特大学物理学家兼英国战斗机司令部顾问布莱克特（P.M.S.Blackett）为首的一个作战分析小组，代号“Blackett马戏团”，后称运筹学小组。这个小组研究的问题是：设计将雷达信息传送到指挥系统和武器系统的最佳方式；雷达与武器的最佳配置；对探测、信息传递、作战指挥、战斗机与武器的协调。有了这个运筹学小组在系统分析上的贡献，英国防空预警雷达的功能在1940年不列颠空战中终于充分发挥出来。美国在参战后不久便注意到运筹学小组在作战中的重要作用，于是仿效英国在军队中成立起运筹学小组，随后在反潜、防空、护航、布雷等军事行动中取得了良好效果。

在二战结束后的恢复时期，运筹学小组的专家们将战时研究的理论与方法成功地应用于经济管理领域，取得了很好的效果。运筹学很快深入到工业、商业、政府部门等领域，并得到了迅速发展。与此同时，电子计算机的问世也大大促进了运筹学的发展。美国在1952年成立运筹学会，并开始出版期刊《运筹学》。钱学森当时认为，运筹学特别适用于社会主义国家，能够实现有限资源的最优配置。1954年9月，在送别博士生郑哲敏回国时，钱学森要他向时任中国科学院数学研究所力学研究室主任的钱伟长介绍运筹学，希望引起国内重视。钱学森说，运筹学对于一个有计划、按比例发展的社会主义国家来说特别重要。^[6]1955年秋，钱学森和许国志回国途中在“克利夫兰总统号”邮轮上对在新中国经济建设中如何运用运筹学，展开了热烈讨论。

许国志认为，加州理工学院古根海姆喷气推进中心是美国航天系统工程的发源地。20世纪60年代，古根海姆喷气推进中心的第二任戈达德教授、后来成为古根海姆喷气推进中心主任的匹克林曾著文阐述古根海姆喷气推进中心的系统工程发展史。^[7]文中提到，古根海姆喷气推进中心开始研究和应用系统工程的时期恰是钱学森主持古根海姆喷气推进中心的时期。他无疑是这个研究集体发展系统工程思想的重要参与者。此外，钱学森在回国前还曾同一位系统工程学者通信讨论装配线这个系统工程的重要问题。^[8]这些事实表明，钱学森系统工程思想在这个时期已经开始孕育。