超越冯・卡门为国献鸿猷
1949年10月，新中国成立。钱学森加紧回国准备，申请彻底退出美国空军科学委员会和炮火研究所顾问等职务。
1950年夏，朝鲜战争爆发，美国掀起反共狂热，早期火箭研究小组成员美国共产党员威因鲍姆被捕。由于曾与威因鲍姆等人关系密切，钱学森被指控为美国共产党员，被吊销安全许可证。
钱学森决定立即回国。但当他准备登机时被逮捕，之后被扣留迫害长达5年之久。美国一直不肯放钱学森回国的真正原因，正如美国海军次长金波尔所说：“他知道得太多了，无论到哪里，他都抵得上5个师！”
1955年8月，钱学森一家搭乘 海轮归国途中留影
在被美国拘禁、审讯、迫害和打击期间，钱学森以超人的毅力投入到科研和教学活动中去，在两个广阔而艰深的主题上继续前行。
第一个主题是关于物理力学问题。早在1946年，钱学森在探索超声速飞机以及喷气推进飞行器的性能和原理的过程中，就感到需要知道介质和材料在高速和高温状态下的成分和性能，然而，从现场实验中，很难得到这些数据。如何解决呢？钱学森提出把应用统计力学、光谱学和化学动力学的理论和方法综合起来，去研究气体和液体的平衡性质，以及气体的热辐射性质等问题。
在第二次世界大战中，原子弹的爆炸引出的核反应工程问题也促进钱学森思考，他敏锐地意识到，在火箭技术、核技术等重要领域，迫切需要解决处在高温、高压以至超高温、超高压和放射性作用等条件下的介质和材料性质问题，可是，这些数据也很难从现场实验中得到。由此，他认为，近代物理和化学的发展，对物质在原子核以外的微观结构已有相当的了解，完全可以建立起一门新的技术科学，即物理力学。1953年，钱学森发表《物理力学――一个工程科学新领域》一文，说明物理力学的目的在于通过对物质的微观分析，把有关物质宏观性质与实验数据加以总结和整理，从而找出规律，得到所需要的数据。而且可以预见到新型材料的宏观性质，为发展新材料、新工艺服务。此后，钱学森在加州理工学院的教学与研究中，不断丰富、充实与深化其内容，形成厚厚一本《物理力学讲义》并正式出版。物理力学倡导的研究复杂性难题需多学科综合利用和走宏观与微观相结合的科学思想和方法，得到广泛共识和运用，也由此开辟了一条通过技术科学解决工程技术问题的新途径。
第二个主题是关于工程控制论问题。1948年，麻省理工学院的数学老教授维纳的《控制论》（原名《控制论：关于在动物或机器中控制和通讯的科学》）一书提出建立一门控制论科学，给钱学森以重要启发。钱学森凭借自己研制从弹道火箭到可控和制导火箭技术的丰富经验，很快用控制论的原理，解决了一批喷气技术中稳定和制导系统的问题。1952年，钱学森发表《远程火箭飞行器的自动导航》一文，在加州理工学院开设一门新课――“工程控制论”，引起各方极大兴趣。1954年，钱学森的《工程控制论》在美国出版。《工程控制论》探讨在更为复杂的工程中（不包括生物），实现自动控制与自动调节的理论，以及自动控制与自动调节系统的结构原理。钱学森的《工程控制论》被译为德、俄、中等多种文字，引起世界各国科学技术界以至哲学界的广泛关注，形成一股“控制论热”。《工程控制论》是工程控制理论的重要奠基石，也为自动化科学技术的发展指明方向。
1955年8月，周恩来总理接到由陈叔通先生转交的钱学森的密信，指示王炳南大使通过中美大使级会谈进行交涉。梁思成、潘菽等一大批科学家、民主党派人士致电美国总统，要求释放钱学森等。美国迫不得已放人。1955年8月5日，钱学森一家终于接到美国政府准予回国的通知。
临行前，钱学森和蒋英带着天真可爱的儿子永刚、女儿永真，去向恩师冯・卡门告别，同时将自己的《物理力学讲义》和新出版的《工程控制论》一书奉献给最敬爱的导师。不忍分离的冯・卡门老人眼里噙着泪花，紧紧拥抱着他一生最赏识的学生说：“你现在学术上已经超过我了！”
在美国无理扣留完全属于钱学森自己的800多公斤图书和全部科学技术资料后，钱学森和家人登上克里富兰总统号轮船，返回祖国。
回国后不久，钱学森就向国务院提出《建立我国国防航空工业的意见书》，1956年春，他参加制订《科学技术发展远景规划纲要》，并主持完成了《喷气和火箭技术的建立》的规划。此后，钱学森长期主持领导中国火箭、导弹和航天器的科研事业，被誉为“中国航天之父”。
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