钱学森的星际航行梦，是怎么从科幻到现实的？

“嫦娥”“北斗”“天问”“天宫”“悟空”……这些原本存在于中国古代传说中的名字，正一步步走在“星辰大海”的征途上，实现了古人的飞天梦想，也实现着老一辈科学家的航天梦想。

星际航行是钱学森早期科技思想中的重要内容，最早萌发于求学交通大学之际的科学幻想。钱学森留美时期又通过科学理论研究了星际航行的可行性，甚至还提出了原子能火箭的概念。当钱学森领导中国研究喷气和火箭技术之际，其星际航行之梦逐渐从科幻变为现实——“东方红一号”人造地球卫星颇像钱学森科幻概念中的星际航行码头，为往返宇宙间的航行建造了一座基地。

科幻电影《火星救援》中有一段男主角的独白，其大意是：加州理工学院的5 个学生在试图制造火箭燃料时差点烧毁了宿舍，但他们并未被学校开除，只是被赶到了学校附近的农场继续试验。电影中这五人小组所成立的“火箭俱乐部”其实就是如今誉满全球的美国喷气推进实验室（JPL）的前身之一。独白中提及的5个学生中就有钱学森。钱学森曾回忆：“加利福尼亚理工学院（作者注：加州理工学院）的火箭研究小组刚成立时，小组成员都是一些年轻人。那时候这些人对于火箭的看法都是很理想的。”[1]当电影主演马特·达蒙向这五人致敬时，肯定不曾想到青年钱学森就曾仰望过火星，还曾自问：“我们会能有那么一天，和火星通信吗？”

正是这一问开启了钱学森对星际航行的科学幻想。他求学交通大学时，以机械和航空工程知识为基础进行探索，并通过发表文章《火箭》展示了他早年关于星际航行的科幻思想。文章以欧洲无线电台“接到一种不知何方发来的奇异无线电信号”为开篇，引申出对火星是否存在生物的探讨后，又进一步提出如何利用火箭去火星，然后从火箭怎么会上升、用什么火药、到星球去、火箭飞机和研究者的工作5 个方面进行说明。

文章首先在“火箭怎么会上升”部分以踢足球等例子，引出物理学中的牛顿第三定律作为全文的铺垫。之后在“用什么火药”部分通过数学推算和物理证明，提出使用原子氢作为火箭动力进行星际航行，同时又理性地指出限于当前（作者注：指当时）技术条件无法进行批量生产，而从科技、经济、存储条件以及冲量大小等方面综合考虑，“将来交通工具的大火箭必是用液体氧和汽油来推动的”。当然，文章目的并不在于此，而是从解决动力问题入手，提出“到星球去”的科幻设想。

钱学森由此在后面的几部分内容中，以科学技术的最新前沿理论知识为依托，勾画出一幅星际航行蓝图。众所周知，要实现星际航行，首先需要具备脱离地球引力的动力。钱学森借用前人“脱壳的火箭”概念，提出火箭如何获得动力，如文中描述：“就是在第一个最小的火箭中，燃料以外还载有各种操纵仪器和旅客。在这个火箭外面，再套上第二个火箭，这个火箭比第一个大，只带燃料。在这个火箭外面，再套上第三个火箭。这个比第二个又大些，也是只带燃料。”以此类推，根据星际航行的距离不断增加外壳的数量，实现宇宙间星体的远距离自由航行。

钱学森手绘了一幅火箭想象图作为文章的配图，其结构很像分级火箭的雏形。文章还对最内层具有飞船功能的火箭进行了剖面介绍，包括驾驶室、客室、燃烧室、燃料储存室、膨胀管、控制器等部分。从严谨的科学立场出发，文章指出以当时的科技水平还不具备制作此种火箭的条件，“因为经验毫无， 也必失败”， 但又乐观地表示，“ 我们必须从小的地方慢慢做起来”。

钱学森手绘的“三套火箭”及最内层“飞船”的剖面图和“火箭飞机”图。“火箭飞机”也是钱学森后来提出“火箭客船”概念的思想源头

文章建议可以结合火箭和飞机两种技术设计火箭飞机，即由此退一步，先通过研制火箭飞机，不断地积累科研经验，以便更好地向前探索。由于火箭飞机能在几小时内往返世界各地，钱学森幽默地称其为“现实的缩地法”。在文章的最后，他热情洋溢地呼吁：

钱学森的文章具有科普和科幻的双重性质，前面两个部分属于科普内容，后面三个部分则具有科幻性质，然而从中却可见青年钱学森的科学探索欲，如其所言：“我们可以从非常渺小的事物，研究改进到伟大的成就！”这是因为一次失败就会有一次经验，任何成与败都会为后人留下借鉴。

1935 年8 月，钱学森以清华大学留美公费生的身份赴美留学，先在麻省理工学院攻读硕士学位，后入加州理工学院攻读博士学位。在师从冯·卡门读博之际，他以研究空气动力学为基础，逐步拓展学术领域，并于1947 年提出技术科学思想，此后又开拓了工程控制论和物理力学两个原创性的研究方向。与此同时，他从未放弃对星际航行的探索，一直沿着此前科技幻想的思路，从多个角度探究星际航行的交通工具实现的可能性。在美国期间，他以独著或合著的方式发表了《原子能》《探空火箭最优推力规划》《远程火箭飞行器的自动导航》《从卫星轨道上起飞》等多篇学术论文。

钱学森从加州理工学院博士毕业后留校任职（图为当时的留影），从而走上科研之路。留美之际，钱学森始终保持着旺盛的科学热情和强烈的科学好奇心，不断开拓新的研究方向

正因如此，当1955 年回国时，钱学森已经形成了比较系统的星际航行思想体系，集中体现于他在《工人日报》1956 年11 月4 日第4 版上发表的文章《星际航行与科普工作》中。文章以通俗简明的语言解释了星际航行就是指利用火箭和高速飞行技术，使人类能够在脱离地球后航行于星际空间，以宇宙为活动园地，像哥伦布一样去发现星际空间的“新大陆”。基于此背景以及技术条件，钱学森又实事求是地提出星际航行的分步走战略，第一步就是建造“一个围绕地球转的，在空气层外的星际航行码头”。

所谓“星际航行码头”，其实就是人造卫星。那么，这样的星际航行码头又该如何建造呢？文章指出：“一次一次用火箭从地面把建筑材料和其他物资运到这个人造卫星上去，慢慢地把星际航行的船在人造卫星上组合起来。”不难看出，这个就是空间站的概念。随后，钱学森还计算出建立一个距地3000 公里的星际航行码头，采用多级火箭运输1 吨物资所需要的火箭重量。但由于消耗极大，他还颇富想象力地提出“火箭回收”的设想，指出：“运输火箭，不论第一级的大火箭也好，第二级的小火箭也好，只要加上翅膀，是能够飞回地面的，所以运输火箭是可以用许许多多次的。”

后来，钱学森在中国科学院举办的星际航行座谈会上，再次谈及“设法回收第一级火箭的空体，修补后再用第二次”的想法[2]。因此，若二级火箭和火箭回收的设想均可实现，如此往返几百次便可建立一个距地3000 公里的庞大的星际航行码头。而这个码头以6.43 公里/ 秒的速度绕地运转，星际船在这个码头上只要再加上2.67 公里/ 秒的速度就可脱离地球引力，且只要30 小时就可抵达月球；若以7.5 公里/ 秒的速度出发，则仅需8.6 小时即可抵达，如此就可以组建“月球远征舰队”，实现地球与月球的常态化通航。

图为钱学森“火箭技术概论”课程教学安排手稿。该手稿后经钱学森扩充和整理，于1963 年由科学出版社正式出版，即学术著作《星际航行概论》

由此出发，文章继续提出以这个码头为中转站前往其他行星，并分别计算出前往水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星（作者注：2006 年，国际天文学联合会将冥王星降格为矮行星，冥王星不再处于太阳系行星行列）所需要的速度和时间。其中，前往火星的旅程为237 天。为了实现火星旅行常态化，文章又提出在火星上空建立一个星际航行码头，形成“地球—地球星际航行码头—火星星际航行码头—火星”的火星旅行线路图。当然，要实现如此浩大的计划，同样需要建立一支星际舰队。

未曾想到几十年后，《火星救援》电影中，男主角会在火星上向钱学森致敬！电影中还有一个片段，即男主角在沿着“火星—火星星际航行码头—地球星际航行码头—地球”的路线返回地球的过程中，还获得了中国国家航天局的帮助。

当有人提问能否到另一个恒星去时，钱学森谨慎地回答，以现有科技条件尚无法实现在恒星空间航行。这也充分体现出钱学森的求是精神，他明确给出了科学与科幻之间的界限，从而通过指出重点所在，引导大家把力气用在真正值得用的地方。然而科技史上的诸多成果又何尝不是来自科学幻想！就像钱学森言及的“幻想中也有实事的萌芽”，而科学技术工作者的使命就在于：

正因如此，钱学森早期有关星际航行的科学幻想经由科学实践和理论探索，逐渐凝集于他回国后主讲的课程“火箭技术概论”之中，最终形成了体系化的理论知识，呈现于他1963 年出版的学术著作《星际航行概论》之中。

1957 年10 月4 日，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克一号”，而此时钱学森正以中国政府工业代表团导弹组组长的身份访问苏联。“斯普特尼克一号”的成功发射给钱学森留下了极为深刻的印象，他说，“我们在莫斯科期间，苏联发射了人造地球卫星，完全明白地说明苏联科学技术的优越，我开始体会到社会主义阵营的伟大”。1958 年1 月31 日，美国紧随其后发射了“探险者1 号”人造地球卫星。冷战中的两大巨头在航天领域的巨大成果给我国带来很大震撼。1958 年5 月17 日，毛泽东主席在中共八大二次会议上宣布：“我们也要搞人造卫星！”

此番宣言成为中国研制人造地球卫星的基本方针。随后，中国科学院成立了由钱学森担任组长的“581 小组”，作为研制人造地球卫星的协调机构。钱学森把大量的时间和精力投入人造地球卫星的预研工作中，并将预研课题纳入中国科学院力学研究所的研究范围。

经过严密论证，1965 年7 月1 日，中国科学院向中央专委呈报《关于发展我国人造卫星工作规划方案建议》，提出争取1970 年左右发射人造地球卫星。1965 年10 月20 日至11 月30 日，中国科学院召开了中国第一颗人造地球卫星总体方案论证会（代号651 会议），明确了第一颗人造地球卫星项目的目的、任务和总体方案。自此，我国人造地球卫星的研制工作正式进入实施阶段。1968 年，中央决定以中国科学院卫星研制团队为基础成立中国空间技术研究院，并任命钱学森担任首任院长。

此后科研团队成员经过数年的攻坚克难，最终于1970 年4 月24 日成功发射了我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”。2016 年，经国务院批复同意，将每年的4 月24 日定为“中国航天日”。“东方红一号”的成功发射实现了钱学森“星际航行”设想的第一步，我国在航天技术上开始迈向星际时代。

不忘初心，自“东方红一号”成功发射以来，中国航天科研工作者从未停止前行的步伐，通过持续攻关建立起了以北斗卫星导航系统为代表的国之重器。而这些被钱学森称为“星际航行码头”的人造地球卫星，与位于双鱼座、距离地球约2.23 亿公里的“钱学森星”遥遥相望。

以上内容经授权节选自《科学与忠诚——钱学森的人生答卷》一书，图片均为原书插图。