王文华:钱学森的科学预见 | 2021-01-09

钱学森是一位伟大的战略科学家。钱学森一生都贡献给我国科学事业，主要成就有两弹一星、应用力学、物理力学、航天与喷气、工程控制论、系统科学等。钱学森的科学预见只他是众多功绩之一。科学预见是根据科学理论和经验对未来发展所做的推论，像钱学森这种能打破学术发展瓶颈的天才人物的预见，体现了钱学森对未来科技发展丰富的想象力、敏锐的洞察力和敢于开拓未知领域的巨大勇气与创新精神。本文精选钱学森的科学预见11项与广大读者分享。

1935年8月，钱学森考取公费留学，前往美国麻省理工学院攻读硕士学位。他在赴美之前发表了《火箭》、《美国大飞船失事及美国建筑飞船的原因》、《航空用蒸汽发动机》、《飞行的印刷所》、《最近飞机炮之发展》、《气船与飞机之比较及气船将来发展之途径》、《音乐和音乐的内容》等7篇论文。其中最有代表性、最能反映钱学森科学敏锐性的是《火箭》一文，在20世纪30年代，火箭作为人类征服天空的一种飞行工具，还停留在科幻阶段。

钱学森在文中讨论了火箭上升的原理，对火箭燃料的性能、技术及安全等因素做了对比分析，还提出了三级火箭、火箭飞机、借助火箭进行星际航行等在当时看来不可思议、有些在今天看来仍然遥不可及的设想。后来火箭技术发展的实践证明，钱学森当年的预见完全正确。这篇论文既反映了钱学森一贯倡导的科学研究要大胆创新、大胆假设的思想，又处处闪耀着科学浪漫主义色彩，钱学森开篇即写道：

“你在一个清朗的夜晚,望着繁密的闪闪群星，有一种渴望而不可接的失望吧。我们真的如此可怜吗？不，绝不！我们必须征服宇宙！”

他还极富前瞻性地指出，“现在是天空的时代”；“这个小玩意是征服空间，征服宇宙的开端”。2019年10月31日在钱学森逝世10周年的时候，《中国航天》杂志发文称：

要发射更大规模的航天器，需要“更有力气”的运载火箭。这几年，我们的运载火箭技术不断实现新的突破，新一代运载火箭相继首飞，近地轨道运载能力达到了25吨级，地球同步转移轨道运载能力达到14吨级。您青年时代发表的论文《火箭》中提到的那几种高性能的清洁推进剂，我们用在了新一代运载火箭上。

1945年12月，钱学森作为美国空军科学咨询团的成员参与编写了题为《迈向新高度》的报告，为美国战后飞机和火箭导弹的发展提出了长远的规划，首次提出核动力火箭的概念。1948年钱学森发表了世界上第一篇关于核动力火箭的论文《关于火箭核能发动机》，1949年发表了《应用核能的火箭和其他应用核能的热喷射器》（《九十华诞钱学森》上海交通大学出版社，第214页）。

核动力火箭与传统火箭设计相比有突出的理论优势。航天飞机、运载火箭等火箭的引擎由化学反应产生热气体，然后靠气体从排气管喷出产生动力。但即使是液态氢这样的燃料所含的能量也十分有限，所以火箭要长途飞行就必须携带很多的燃料。与之相反，核引擎只需几公斤的裂变铀就能产生巨大的热量。气体在反应时升温至灼热，从火箭后部喷出产生推力。推进剂不像在传统的火箭中那样燃烧，它只是非常迅速地膨胀，然后喷出，就像水蒸气从壶中冒出一样。这使得核动力火箭的推动力比最强大的传统火箭还要强。

2019年8月23日《科技日报》报道：美国计划研发核动力航天器。美国日前表示将研发下一代核热推进技术，利用核裂变反应产生的热能推进航天器进行深空探索。美国国家航天委员会委员雷克斯·格夫登说，核动力发动机有望使航天器用3到4个月时间抵达火星，比最快的传统化学动力航天器快大约一倍。宇航员深空旅行时间越久，受到的辐射量越多，使用核动力航天器，可以通过减少辐射来保护宇航员健康。

1947年钱学森晋升为麻省理工学院终身教授之后，在学院的邀请下做了题为《飞向太空》学术报告。钱学森讲述了火箭理论方面的发展和前景，他在报告中预言人类将在30年内登上月球。在当时是非常前沿先进的科学理论。报告征服了各界人士，引起轰动，受到美国军方的重视。钱学森的名气不止于科学界，钱学森的预见令无数美国老百姓惊讶地意识到：人类征服太空的梦想正在尖端科学家的手上变成具体可行的科学行动，这一天即将到来。1947年美国《时代》杂志刊登了关于钱学森的特别报道和照片，使他在美国老百姓中拥有了更广泛的知名度。

1969年7月21日，美国“阿波罗-11号”，实现了人类登上月球的伟大壮举，验证了钱学森22年前的预言。

1945年，二战结束前夕，钱学森是美国国防部科学顾问团成员，空军上校。他随自己的老师冯·卡门教授来到德国，与许多德国火箭专家进行了深入的交流。在导弹再入大气层发生反弹时，不能很好地控制方向。经过多次反弹，导弹的精确度会有所降低。钱学森设想：能否在导弹再入大气层后就不再飞出大气层，而是在大气层中滑行呢？于是“助推—滑翔”弹道的想法诞生了，后人称之为“钱学森弹道”。

“钱学森弹道”将弹道导弹和飞航导弹的轨迹融合在一起，使之既有弹道导弹的突防性能，又有飞航式导弹的灵活性。相比于传统弹道有明显优势，例如它保留了飞出大气层的部分，从而可以让导弹加速到较大的速度。在进入大气层后不发生反弹，易于控制导弹。在高空大气层中滑行，介于地面雷达和卫星的盲区，比较有利于隐蔽。滑行时导弹仍有动力，可以灵活的改变方向等。

 “钱学森弹道”目前的应用包括超高声速打击武器和新型飞航导弹，美国的HTV-2以及俄罗斯的YU-71等都采用的是“钱学森弹道”，这种弹道显著提高了导弹的突防能力和作战效能。

“钱学森弹道”为世界上许多国家的超高声速飞行器奠定了理论基础。几十年后的今天，世界上的军事强国都在采用“钱学森弹道”的基础上进行装备研制。“钱学森弹道”在民用和民用飞行器发展中的作用愈加凸显，具有很大的现实意义。

2019年国庆展出的东风–17导弹，预计速度5–20马赫，射程约2000km，速度快，轨迹捉摸不定，难以拦截。由于很多技术细节没有公开，所以，其实人们并不清楚其采用的是钱学森弹道，还是桑格尔弹道，抑或是二者的改进。不过凭借速度优势，东风–17导弹就可以无视大部分的反导系统，天下武功，唯快不破。

《中国航天》杂志发文说：

东风-17亮相后，网络上许多人都提起了“钱学森弹道”。虽然外界对装备的多种解读与实际情况有所出入，但有一点是肯定的，那就是大家从没有忘记您的高瞻远瞩，没有忘记您的大师风范，没有忘记您对祖国的赤诚。今天，我们把您的许多构想变成现实；明天，我们将继续建设更美好的中国航天，一代接着一代干。

1949年12月，钱学森在美国火箭学会年会上做了题为《火箭作为高速运载工具的前景》的报告，报告第一次提出“火箭客机”的概念，在美国获得了空前轰动效应，为世界上第一架航天飞机的诞生奠定了理论基础。后来他在第四届火箭协会上详细介绍了“火箭客机”的构造、飞行原理及燃料等设想，为后来的航天飞机和运载火箭打下了理论基础。钱学森的火箭理论震惊了美国，震惊了欧洲，他们惊奇中国年轻科学家提出火箭客机新概念。

钱学森提出这一科学设想，在美国科学界引起了极大的轰动，有人称赞他是一位“科学天才”，但也有人说他“疯了”。当时美国各大媒体对于钱学森和他关于航天飞机的设想给予高度评价，《纽约时报》称他为“有价值的中国科学家”“美国火箭领域最有天分的科学家”。《洛杉矶时报》称他为“世界上最顶尖的火箭专家之一”、喷气推进领域“最热门的科学家”“最卓越最杰出的权威”“美国培养的火箭天才”等。这些报道源于钱学森提出“火箭客机”设想，就是空中往返的航天飞机的概念。

钱学森在1962年出版的《星际航行概念》中，再次阐述了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具，用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运载系统概念。而关于喷气发动机，他提出要“以涡轮喷气发动机起飞，当高度超过10km及飞行速度达到两倍声速以上时再把冲压发动机开动，继续爬高和加速，直到极限，然后第二级火箭脱离第一级火箭起飞”。随后，许多国家详细研究了钱学森提出的这个概念。实际上钱学森的这些概念就是后来美国航天飞机的雏形。在20世纪80年代初美国研制成功的航天飞机，就是钱学森的原始概念。这是一个完全被证实了得科学技术发展预见。

采用大推力运载火箭和航天飞机是两种不同的航天技术路线，并不是说，哪一种技术先进或落后。目前，世界上具有航天技术的国家中，美国采用的是钱学森首先提出来的航天飞机的航天技术路线，而我国和俄罗斯及欧洲国家则走的就是运载火箭的技术路线。

除了上述核动力火箭的设想和航天飞机概念外，从20世纪40年代到60年代初期，钱学森在火箭与航天领域还提出了若干重要的概念。比如，1948年，钱学森在美国火箭年会上向大家展示了自己超音速飞机的想法：火箭助推—再入大气层滑行。利用这种方法，飞机可以在1小时之内从美国纽约飞到法国巴黎。钱学森还画了一幅图展示自己的想法。

在当时被称为“惊人的火箭理论”。这一理论震动了美国公众，纽约等城市的各大报刊纷纷加以报道，并刊登了钱学森的照片，还出版了刊有他设计的火箭图片的画册。在1953年，钱学森研究了行星际飞行理论的可能性并提出卫星轨道上起飞的可能性。他这些超前的设想和科学预见，已被后来航空航天技术的发展所实现。

20世纪80年代后期，钱学森又一次对航天高技术领域提出了新的展望。1989年9月钱学森在《珍惜“两弹一星”成功的经验》一文中提出一项很具体的设想，他觉得要把眼光放远一点，看到21世纪中叶去。如果把眼光放得更远一些，看到21世纪中叶，到那个时候，我们要干的，就比现在想的要高得多。是什么？是真正的空天飞机，就是从地面水平起飞又水平降落的运载系统。即使到21世纪初，我们的国力恐怕也干不起这件事，没有那么多钱。这个问题当然难极了，因为实际上要造25倍音速的飞机。美国人曾经有个雄心勃勃的计划，打算头一个样机要在1993年搞出来。不过，美国的科学家担心办不到。因为这里面的问题复杂极了，仅就材料来说，那里面所需的材料全部都是新的。发动机动力系统跟机体系统怎么结合？也是全新的问题。其他问题还多着呢。所以在卫星技术直接为国民经济、为社会主义建设服务这个主战场外，我们应该抓的，就是瞄准21世纪中叶的真正的高技术，做预先研究工作。而这个项目的预研是很不容易的，要搞三五十年才行。这样，到下个世纪中叶，我们在空天飞机技术的某些方面，也许能达到世界先进水平，也就有资格加入国际合作了。总之，我们千万不要目光短浅，拼死拼活，花了国家大量的人力、物力，到21世纪初，搞出个人家淘汰的东西，那我们就无法向人民交代了。

1993年7月23日，82岁高龄的钱学森在写给航天技术专家黄志澄的信中再次写道：“我希望我国航天事业能够后来居上，胜人一筹。21世纪的中国人，一定要在空天飞机上显一显身手，这是一件国家大事！”

现在看来，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，也是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。值得注意的是，早在28年前，钱学森便预见了新能源汽车的发展前景。

1992年8月，钱学森就曾致信时任国务院副总理邹家华，建议我国汽车工业跳过汽油、柴油阶段，直接进入减少环境污染的新能源阶段。那时美、日、欧已经开始着手高效蓄电池的研究，钱学森希望我国力争后来居上，从而避免环境污染。在钱学森给邹家华副总理的信中，他的主要观点为：我国可以从1992年开始从汽油柴油阶段，直接进入新能源电池阶段；2020年我国汽车产量将达1000万辆；当时氢镍电池一次充电250-300公里，具备一定实用性；哈工大的教授已经正在研发新型电池技术。时至今日，各国政府及汽车公司逐渐认识到发展新能源汽车产业将是节能减排、解决环境污染的最佳途径；而从汽车工业的发展来看，新能源汽车产业的迅速发展已经成为不可逆转的趋势。

2020年11月2日，国务院发布新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）。规划对未来几年的新能源汽车发展目标进行了最后定调：到2025年，我国新能源汽车市场竞争力明显增强，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右，高度自动驾驶汽车实现限定区域和特定场景商业化应用，充换电服务便利性显著提高。

因此，回过头看，钱学森的高瞻远瞩足足看到了30年后的祖国。事实上，当初这种“天马行空”的想法到现在来看不可谓“先知”，因为国产电动汽车发展到现阶段和当初发现燃油车的路径完全相同：落后、无方向、有兼并的可能。而如今，随着时代的不断发展，这个跨越了28年的预言居然正在慢慢变成现实。例如，在2019年我国的汽车销量就达到了2500多万辆，已经远远超出了钱学森的预测，说明我国的前进速度已经超出预期；此外，钱学森还指出，我国的汽车产业应该直接跨越汽油柴油阶段，直接进入电池新能源新时代。而如今，我国的电池技术确实已经处于世界的领先水平。

钱学森28年前“高瞻远瞩且眼光精准”的见解，也令美国太空探索技术公司（SpaceX）的CEO埃隆马斯克都不得不佩服。据说，钱学森是马斯克最崇拜的人，他参与打造了美国喷气推进实验室。为此，在2012年12月11日钱学森诞辰101周年这一天，大洋彼岸的美国SpaceX公司曾经专门发了一条推特纪念他。缘起是1948年，钱学森成为加州理工学院喷气推进中心(JPL，NASA喷气推进实验室前身）主任，这在当时引起了众多美国媒体的关注，《洛杉矶时报》以“钱学森博士：加州理工学院喷气推进中心主任”为题进行了报道。而SpaceX这家由埃隆马斯克于2002年6月建立的美国太空运输公司，继承了NASA以及JPL大量航天技术。因此，SpaceX公司对为美国航天乃至世界航天做出巨大贡献的钱学森表达敬意也就不足为奇了。

20世纪80年代初，正当信息革命的脚步向我们走来时，钱学森就敏锐地觉察到：“在当今的信息时代，科学技术（包括组织管理）特别是高科技，已成为凝结在生产过程中提高社会生产力，推动社会飞速发展的重要力量。高科技已成为世界各国争夺的焦点，它将会引起各个方面的深刻变革。”如今，过去了将近40年，让我们重温一下钱学森对高科技发展的那些英明预言吧：

1984年钱学森在中国农业科学院做学术报告时提出，由于生物科学技术的发展，人类社会将会出现一次新的产业革命，按照他的观点，这是人类社会发展史上的第六次产业革命。这是一个重要的科学预言，它将揭示了科学技术与人类社会发展的关系。

钱学森认为，以微生物、酶、细胞、基因为代表的生物工程，在21世纪将发展为以动植物工程、药物和疫苗、蛋白质工程、细胞融合、基因重组等为核心的生物工程产业，它的产业化将创造出高效益的生物物质，从而引发一次新的产业革命。这就是即将迎来的第六次产业革命。这是由生物科学技术飞跃进步带来的生产力乃至整个社会的大变革。这次产业革命的实质是以太阳光为能源，利用生物（动物、植物、菌类）水和大气，通过农、林、草、畜、禽、菌、药、鱼，加上工、贸等，形成新的高度知识密集型产业，即开创了大农业产业：包括种植农产业（植物工厂）、林产业、草产业、海产业、沙产业等。它的主战场不是在富裕的城市而是在贫困的田野、山林、草原、海疆、沙漠。这样发展起来的第一产业（农业）和第二产业（工业）除生产产品不同外，在生产方式上己无实质性差别，即工业和农业之间的差别消灭了，两者结合起来成为物质资料产业。

从第六次产业革命的内涵来看，它主要不是发生在大城市，而是发生在农衬、山村、渔村和边远荒漠地带。随着这一产业革命的发展，这些地方也都将改造成小城镇。第六次产业革命的另一个直接社会效果是将消灭几千年来人类历史上形成的城市和乡村的差别。此外，随着第六次产业革命的到来，也将引发人类历史上一次饮食业的革命。由于人体科学的建立和发展，将能确定人在不同年龄、不同性别、不同生活条件下的合理营养需求结构。再加上生物技术大大拓宽的饮食原料，完全可以运用营养科学设计出各种人所需要的多种多样的饮料和食品，并采取工业化生产方式加工生产，形成真正的快餐业，将把人从几千年来的家庭厨房操作中解放出来，大大改变人们的生活方式。

建设知识密集型农业问题。面对现代科学技术革命迅猛发展的新形势，钱学森站在历史唯物主义的立场，根据生物科学技术的最新成就，从中国的具体实际出发，深入地考察生物科学技术革命与中国农业现代化建设的关系。钱学森为此做出了深刻的论述并预言21世纪社会发展的趋向，认为继第五次产业革命后将出现“第六次产业革命”。它是以现代生物技术为核心所引发的大农业革命。大农业的提出，为我国进行的大部制改革提供了一个重要的理论依据。

作为一位具有战略眼光的科学家，钱学森有着很丰满的理念。他在预言第六次产业革命的同时，还大胆地预言了21世纪将会出现的第七次产业革命，即人体产业革命，包括医学、生命科学：人如何更好地认识自身，更健康地生活。这也会引起社会变革。

钱学森认为，人体科学在21世纪将有巨大发展。人体功能的提高，将使生产力三要素中最重要、最活跃的劳动力素质大大提高，其影响将渗透到各行各业，这无疑又将引发一次产业革命，这就是涉及人民体质建设的第七次产业革命。

对于人体这样一个开放的复杂巨系统来说，单靠传统的还原论方法是不能彻底解决问题的，必须加上系统科学中发展起来的从定性到定量综合集成方法，把中医、西医、民族医学、中西医结合、体育医学、民间偏方、气功、电子治疗仪等几千年来人民防病治病、健身强体的实践经验综合集成起来，总结出一套科学的全面的现代医学，即综合集成医学。这个医学包括治病的第一医学，防病的第二医学，补残缺的第三医学，以及提高人体功能的第四医学。这样，就可以真正科学而系统地进行人民体质建设了，人民体质和人体功能都将大大提高。钱学森还具体地指出：建立综合集成医学的核心措施，是利用第五次产业革命发展起来的信息技术，建立医疗信息网络。当然，为了适应这样的医疗方式，就必须改造现有医院的组织体系结构，建立新型医院和新型的医疗卫生体制。这就为医疗卫生事业的革命开辟了新的道路。

钱学森念念不忘社会主义中国的繁荣昌盛、中华民族的伟大复兴。钱学森说过，五百年前的欧洲文艺复兴，创造了资本主义文明。21世纪人类要继续生存发展，将开创第二次文艺复兴，这必将在社会主义的中国首先得以实现。

早在1979年钱学森发表了《组织管理社会主义建设的技术——社会工程》一文，把系统工程组织管理的思想与方法推广到社会的组织管理，提出了国家范围的组织管理技术问题，系统地讨论了社会工程的对象和任务，认为社会工程是改造社会、建设社会和管理社会的科学方法。钱学森指出，我们党制定的发展战略是在建国100周年的时候（2049 年）达到世界先进水平，现在看来没有多少年了，要走完这条路，靠经验摸索可不行。我们不能再犯错误，或者尽量少犯大错误，那就必须有预见性。这预见性来自于科学！这个科学就是系统科学！它是现代化的预测、组织、管理、决策和领导的科学方法，也就是系统工程方法。

1987年钱学森出访英国时，在伦敦对部分中国留学生作过一次讲话（《建国百年之际，中国必然强盛——1987年3月22日在伦敦对部分中国留学生的讲话摘要》，《神州学人》1987年第2期）。他说，在共产党的领导下，全国人民团结起来为建设社会主义而奋斗。现在的问题是怎么建设我们的社会主义。我们不仅要看到现在的20世纪80年代，还要看到本世纪末。这还不够。因为到了2000年我们的人均生产总值还落后于世界上发达国家，要到2l世纪中叶才行。从现在算起还有六七十年。我是个老人了，看不到了，希望诸位能够看到。我们要争取有个和平建设时期，抓紧这个机会，把我们的社会主义建设搞上去。到了建国一百周年（2049年）的时候，国家的人均产值能够接近当前的世界先进水平。大家可别忘了，这是10亿人口的中国人的水平。那时候，我们中华人民共和国就无敌于天下。