回到加州理工学院:晋升副教授
(1945年7月至1946年8月)
欧洲考察结束后,钱学森回到加州理工学院,继续研究和教学工作。1945年7月,钱学森开始在学院讲授“喷气推进”课程,直到1946年8月他离开加州理工学院到麻省理工学院任职。回校不久,钱学森很快获得了职称晋升。当了两年助理教授后,钱学森于1945年11月1日被聘为加州理工学院航空系副教授。
在此之际,钱学森又一次收到来自国内的工作邀请,这次聘请来自北京大学。
1945年9月6日胡适被中华民国国民政府任命为北京大学校长后,便着手制定复兴计划,包括增设工学院,发展工科。在物理系主任饶毓泰的推荐下,10月,胡适拟聘钱学森为工学院长。饶毓泰为此经过几番沟通联络,钱学森最终未接受邀请。此间沟通过程如下:
1945年10月8日饶毓泰致函胡适,并附寄钱学森此前为北京大学草拟的《工程科学系之目的及组织大纲(草案)》,信中说:
钱学森先生寄来所拟《工程科学系之目的及组织大纲(草案)》。此文是他应我之请而作的,我觉得他的意见有许多是和我的相契合的,但和一般工程学者之传统目的与组织是大不相同,值得我们深切的注意,兹附呈,阅后请掷还。我未曾和钱先生直接通信,我是请郭永怀转达北大拟请他出来组织应用算学系或应用力学系之意思,所研究与教学范围则和钱先生的工程系的内容差不多完全相同。如果北大工程学系能这样办,理学院与工学院分界就不致太严了。这对于工程教育上是个革新运动。可否由北大聘钱学森先生为工学院院长?
1945年10月14日,胡适复函饶毓泰称:“请聘钱学森为工学院长。请约定物理系及工学院人才。”

1945年10月14日胡适复函饶毓泰
1946年1月2日,胡适收到钱学森回信,说道:“现在加省理工航空系任事,与校方约定一两年后回国。故北大如定明春开办工学院,则学森无参加可能。”[25] 1月14日,饶毓泰致函胡适:“转来钱学森先生的信早收到,后又接郭永怀兄来函说,钱先生一二年内不能归国,故此时不肯立即负起责任来。弟对于此事虽甚失望,然以郭永怀、林家翘诸君都望钱先生来领导,钱如不加入北大,他们也就不肯加入,故仍望钱肯答应负责,即使他自己一时不能归国。”“同时弟函郭永怀嘱他转向钱先生说:自适之先生长北大命令发表后,士气为之一振,今方作深远之计划,我愿凡关心中国大学教育前途者多来帮助适之先生。中国工程教育向未上轨道,北大开办工科,无传统的负累,有布新的勇气,凡关心中国工程科学前途者不应该错过这个机会,适之先生与北大同人对钱先生具有无穷希望,亦借此使钱先生与其他同志与国内无数向上的青年有更深造之机会。为表示万分诚意,北大开办工学院可迟至一九四七年秋,以待钱先生之归,但钱先生此时应立即答应负责规划,郭永怀、林家翘两君如能于今秋归国则更善。这是我对郭永怀说的,兄意如何?”
从来往信件中,可知饶毓泰从起初请钱学森草拟建系草案,到请郭永怀沟通聘请钱学森一事,又向胡适请示聘请意见及汇报沟通情况;在钱学森婉拒后,他再次表示“万分诚意”,愿意推迟办学计划“以待钱先生之归”,终究未能如愿。可见饶毓泰为北大开办工学院煞费思量,以及他对于钱学森的极其重视与“必须争取”的心愿。对饶毓泰的再次争取,在现有档案资料中未见钱学森当时的回复。不过,从钱学森后来接受麻省理工学院聘任的行动和晚年的一封信中可以知道,钱学森并不愿意接受北大的这次邀请。1996年3月29日钱学敏得知此旧闻便写信询问钱学森,4月1日钱学森复函时,只简单地说:“饶毓泰先生的想法我知道。我当时自然不会答应他们。”
1946年春节即将来临之际,钱学森像往年一样给父亲写信拜年。信中,他汇报了各方面近况,最后写道:“儿唯一深感遗憾的是已经有十个春节了,不能陪伴于父亲身旁,不能尽孝于膝下。近来由于二战结束,思乡之情日增。怎奈瓜葛诸多,身不由己,一时难偿夙愿,还望父亲见谅。只好将思念和祝福之心诉诸信函,寄往父亲身旁。父亲见信如见儿面,权当儿在父母身旁,与父亲共进年夜饭,共度团圆年。”
与这份对亲情的牵挂与遗憾相伴随的,是钱学森在事业上迎来的收获。这一阶段,钱学森的几项重要著作的发表使他在学界的地位有了进一步提升。
一是完成论文《原子能》。
原子弹在第二次世界大战中的使用,激发起人们对于把原子能用于其他工程领域的极大兴趣。钱学森敏感地意识到,原子能可能用于飞行器的动力装置,因为它能适应超声速飞行所要求的降低燃料重量和增加有效负载这两个主要指标。战争结束不久,1945年9月29日,《航空科学杂志》便收到钱学森的论文《原子能》,并于次年发表。文章介绍了用原子能作为飞行器动力这一新的研究领域所需要的基础知识。当时也在加州理工学院学习、工作的美籍华人科学家冯元桢评价道:“这篇论文对美国和平应用核能的发展并没有实际的影响,但我认为,文章基本上勾勒出了核发展的实际发生过程,它的预见性是非常了不起的。”此后,钱学森在1947年5月宣读的报告《利用核能的火箭及其他热力喷气发动机——关于多孔反应堆材料利用的一般讨论》中也讨论了采用核动力的火箭及其他喷气推进装置中出现的一些基本问题。《钱学森手稿》的编者评价道:“现在看来,作者的上述观点确实抓住了核航天技术的一些关键。”
可见,35岁的钱学森不仅是航空和火箭专家,当时的他对原子弹和核动力推进也有相当的了解和预测。钱学森一直关注核能的研究与发展。20年后,中国的“两弹结合”试验取得成功,而这一伟大工程的技术总负责人正是钱学森。
二是编著《喷气推进》出版。1946年由钱学森编著,由喷气推进实验室和加州理工学院古根海姆航空实验室的成员撰写,以美国陆军航空技术后勤司令部名义出版的内部教材《喷气推进》一书,是美国第一部全面和系统论述火箭与喷气推进科学技术的专著,内容包括基本理论和导弹射程、制导及通信等喷气推进技术应用的众多方面。作为编著者,钱学森汇编了关于液体和固体推进剂火箭、热射流、发动机、喷气助推起飞、热力学、燃烧和空气动力学等主题的章节。这本书包含了钱学森和其他加州理工学院教员在1943至1944学年度每周分发给军方学生的油印笔记。它是对加州理工学院在喷气推进技术方面多年研究工作的总结与提高。1946年,这本书在军方工程师中进行分类分发。钱学森的同事艾伦·帕克特(Allen Puckett)称,多年来这本书都是“美国关于喷气推进的最权威著作”。
三是完成论文《超空气动力学——稀薄气体力学》。1946年5月20日,《航空科学杂志》收到了钱学森的论文《超空气动力学——稀薄气体力学》,并于当年12月发表。这篇文章或许是钱学森在美国时发表的最著名的论文,它革命性地改变了空气动力学家们以往对高空高速飞行的看法,使人们重新审视达到大气最高处时机翼上方的气流表现。
到1940年代中期,钱学森考虑到喷气推进技术已经有了长足进步,飞机的飞行不应受到高度的限制。远程喷气飞机的最优飞行高度估计在100 km左右,那里的空气已经非常稀薄,不能被视作常规流体力学中的连续介质,因此必须运用超级空气动力学——稀薄气体力学的概念和方法来指导飞机的设计。钱学森在论文中讨论了这一流体力学新分支的基本概念,说明了某些已经得到的结果,并设计出了一整套全新的空气动力学公式。论文中所提出的关于流动区域的划分被人们认为是研究稀薄气体力学的开创性工作,推动了这一流体力学分支的发展。
航空工程师艾伯特·德·格拉芬莱德(Albert de Graffenried)回忆起这篇论文的影响力时指出,钱学森的文章是最早提醒人们要注意不能再将流体视作连续体的一篇论文,“它号召大家回归基本原理:空气不是一个连续体,它是由无数跳来跳去的‘小乒乓球’组成的。这篇论文成为我们此后不久为了进入平流层、再是进入星际空间所要开展的前驱性工作”。这篇论文获得了极大关注并被频繁引用,奠定了钱学森作为当时在美国的最杰出的理论空气动力学家之一的地位。
此外,前文提及的科学报告《迈向新高度》,以及关于提出“上临界马赫数”的论文均发表于1946年。这些学术成果为美国的军方和学术界带来了深远影响,还确立了钱学森在航空学界可能仅次于冯·卡门的领军地位。
1946年6月,钱学森的履历上又新增了一项:美国空军科学顾问委员会首批成员(1946年6月至1949年11月)。
在1946年初即将结束陆军航空兵科学咨询团工作之际,冯·卡门等就建议应成立一个常设的科学咨询委员会,直接向陆军航空兵司令报告重要的技术发展和具有前景的科学研究。1946年6月,这支新组建的专家团成立,名为科学顾问委员会(SAB),主要为陆军航空兵在规划、安排研究和发展活动方面提供指导,由冯·卡门担任第一任主席。包括冯·卡门在内,该委员会总人数为30人,其中超过三分之二的成员来自先前的科学咨询团(SAG),钱学森就是其中之一。1947年9月美国空军独立成军后,该委员会即为美国空军科学顾问委员会。
1946年6月17日,成员们首次聚集,冯·卡门、钱学森及其余成员在五角大楼参加了第一次科学顾问委员会会议。会议决定将不限制成员资格期限,除了冯·卡门以外,其余成员均被分配到一个专业小组中。起初,科学顾问委员会分成了5个专业小组(此后不断调整),包括航空医学和心理学小组,飞行器和推进小组,燃料、炸药和核能小组,导弹制导和无人驾驶飞机小组,以及雷达、通信和气象小组。
钱学森自1946年6月成为科学顾问委员会的首批成员后,至1949年连续4年担任成员,并一直属于飞行器和推进专业小组。1948年至1949年,该专业组调整为飞行器燃料和推进组。

1946年6月17日,陆军航空兵科学顾问委员会首届大会在五角大楼举行(站立者左二为钱学森)
1946年夏天,钱学森做了一次工作上的选择。
此前,钱学森也曾动过离开加州理工学院的念头,起因是冯·卡门的长期“离开”。自1944年秋季开始,冯·卡门因工作调整而长期不在加州理工学院办公,他的工作总部先后转到了华盛顿特区和巴黎,这使得在他指导下工作的几位中国学生颇感忧虑。1944年11月7日,钱学森与林家翘、钱伟长、郭永怀联名致信冯·卡门。信中表示,如果冯·卡门长期离校,他们也想重新考虑自己的工作处境,包括是否应继续留在学院。他们在信中陈述了各自对去向的想法,钱学森表示可以在加州大学获取一份两到三年或是在战争期间的短期教职,并能有时间做些研究,对此他们想征求冯·卡门的意见和建议。[26]信件发出不久后,钱学森就由冯·卡门推荐参加了科学咨询团的工作,而当他结束欧洲的考察再次回到加州理工学院后不到一年,就接到了母校麻省理工学院的聘用邀请。
此时钱学森在美国航空学界的领先地位,吸引了正想扩大航空工程学系的麻省理工学院的注意。当年教过钱学森航空工程学的汉萨克(Jerome Clarke Hunsaker)教授在1939年创建了麻省理工学院的航空工程系并担任系主任。他向钱学森抛出了橄榄枝,愿意给出副教授职位,许诺随后将其转为终身教职。1946年6月14日,汉萨克在给麻省理工学院校长詹姆斯·基利安(James Rhyne Killian)的信中写道:“我认为加州理工学院给他施加了相当大的压力,让他重新考虑。”最终,钱学森接受了邀请。钱学森在入党自传中提到,离开加州理工学院是因导师的缘故:“1946年暑假我因房卡门教授与加州理工学院当局闹意见,而去职”,“到麻州(省)理工学院任副教授,专教空气动力学的研究生”。
张纯如则评价这是个“精明的决定”。一方面,在美国学术体系中,学院通常鼓励甚至要求学者在另一所学院获得一些经验后再取得正教授职位。加州理工航空学教授霍默·乔·斯图尔特(Homer Joe Stewart)指出:“如果想要在自己的领域中有所建树,获取终身教职是极其重要的一步。”另一方面,林家翘认为,钱学森重返麻省理工,也是为了让自己成为一名真正的火箭科学家。他评价道:“钱学森很有远见,他认为要发展火箭,除了加州理工的长处,还需要学习其他东西。当时加州理工与麻省理工竞争非常激烈。加州理工的长处在结构、空气动力学等方面,但在麻省理工他可学到更多有关仪器与控制系统方面的知识。”由此,这一选择可以使钱学森在该领域内的知识储备更趋完善。
1946年8月,钱学森正式辞去在加州理工学院的职位,并且终止了与喷气推进实验室的雇佣合同。8月31日,他离开加州理工学院,整装东去,在时隔十年后重返麻省理工学院。