噴氣推進(jìn)與航天技術(shù)加州理工學(xué)院古根海姆航空實驗室的火箭研究，是馬林納、錢學(xué)森和其他熱心于火箭的人于３０年代后期開始的。實驗裝置起初安置在古根海姆大樓里，后來需要大一點(diǎn)、偏僻一點(diǎn)的地方，于是就移到帕薩迪納北邊的阿洛約·塞科，最后成為加州理工學(xué)院著名的噴氣推進(jìn)實驗室（ＪＰＬ）。在古根海姆航空實驗室火箭研究的所有方面，馮·卡門都起了極其關(guān)鍵的作用。從馬林納、錢學(xué)森規(guī)模不大的實驗和計算開始，馮·卡門就深信火箭推進(jìn)的重要性，為他們提供資金和場地，幫助他們把噴氣助推起飛的概念推銷給空軍和海軍。與其他早期火箭熱心者脫離實際的工作〔如Ｒ．Ｈ．戈達(dá)德（Ｇｏｄｄａｒｄ）的工作〕不同，古根海姆實驗室的這一工作對以后的火箭技術(shù)直接作出了貢獻(xiàn)，而且對這門技術(shù)產(chǎn)生過巨大的影響，這就是錢學(xué)森對噴氣推進(jìn)技術(shù)貢獻(xiàn)的背景。

１９３６年，錢學(xué)森參加馬林納領(lǐng)導(dǎo)的火箭研究小組，在馮·卡門指導(dǎo)下，與馬林納等一起研究火箭發(fā)動機(jī)的熱力學(xué)問題、探空火箭問題和遠(yuǎn)程火箭問題等，并參與了美國早期用可儲存液體推進(jìn)劑的幾種試驗性火箭，如１９４５年“女兵下士”探空火箭和后來的“下士”導(dǎo)彈研制工作。

１９４９年，錢學(xué)森擔(dān)任加州理工學(xué)院新設(shè)的古根海姆噴氣推進(jìn)中心主任及“戈達(dá)德”教授，專授火箭技術(shù)及噴氣推進(jìn)技術(shù)課。

從４０年代到６０年代初期，錢學(xué)森在火箭與航天領(lǐng)域提出了若干重要的概念：在４０年代，提出并實現(xiàn)了火箭助推起飛裝置（ＪＡＴＯ），使飛機(jī)跑道距離縮短；在１９４９年，提出了火箭旅客飛機(jī)概念和關(guān)于核火箭的設(shè)想；在１９５３年，研究了行星際飛行理論的可能性；在１９６２年出版的《星際航行概論》中，提出了用一架裝有噴氣發(fā)動機(jī)的大飛機(jī)作為第一級運(yùn)載工具，用一架裝有火箭發(fā)動機(jī)的飛機(jī)作為第二級運(yùn)載工具的天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)概念。
工程控制論

錢學(xué)森親身經(jīng)歷了流體力學(xué)作為一門技術(shù)科學(xué)，怎樣從空氣動力工程師、水力工程師、氣象工程師以及其他有關(guān)領(lǐng)域工程師的工程技術(shù)實踐中分離出來的過程。由于有了流體力學(xué)提供的理論與方法，上述領(lǐng)域的工程師們才能在他們?nèi)粘５墓こ碳夹g(shù)實踐中分享流體力學(xué)研究成果。至少可以說，如果沒有流體力學(xué)提供的理論與方法，那么對超聲速流動的了解與利用肯定會大大延遲。站在這樣的科學(xué)思想和方法論高度，錢學(xué)森在４０年代末、５０年代初對第二次世界大戰(zhàn)后迅速發(fā)展的控制與制導(dǎo)工程技術(shù)實踐進(jìn)行全面觀察時，具有比旁人更敏銳的眼光去發(fā)現(xiàn)、提煉出指導(dǎo)控制與制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計的普遍性概念、原理、理論和方法，從而創(chuàng)建了作為一門技術(shù)科學(xué)的《工程控制論》，就是十分自然的事了。

工程控制論在其形成的過程中，把設(shè)計穩(wěn)定與制導(dǎo)系統(tǒng)這類工程技術(shù)實踐作為主要研究對象。錢學(xué)森本人就是這類研究工作的先驅(qū)者。１９５１年，錢學(xué)森研究了一種探空火箭的最優(yōu)推進(jìn)的設(shè)計，即求探空火箭的最優(yōu)彈道問題，要求提出一條理想彈道，在相同的燃料消耗條件下，使火箭達(dá)到的高度最大。由于這種彈道很長，而彈體上控制系統(tǒng)的動作速度相對于這條最優(yōu)彈道來說是足夠大的，錢學(xué)森在考慮最優(yōu)彈道的選擇時，把彈體看成是其重心（質(zhì)心）的運(yùn)動，而略去剛體運(yùn)動及彈上控制設(shè)備的運(yùn)動規(guī)律，成功地實現(xiàn)了古典變分法對這類問題的應(yīng)用。錢學(xué)森從這里提煉出一種普遍性的看法：針對在整個運(yùn)動過程中受控對象本身的特性并不重要，重要的是運(yùn)動規(guī)律全局情況，即可以不考慮受控對象的運(yùn)動方程式的情況下，古典變分法給控制系統(tǒng)設(shè)計提供了一種理論與方法。

在１９５２年，錢學(xué)森研究過有時滯的線性系統(tǒng)的一個特例。這個特例就是利用反饋控制的方法使火箭發(fā)動機(jī)中的燃燒過程穩(wěn)定。錢學(xué)森在“火箭噴管的傳遞函數(shù)”的研究工作中，為了使計算簡單起見，假設(shè)了只使用一種液體燃料的情形。如果燃燒室中可能發(fā)生的振蕩頻率相當(dāng)?shù)�，就可以把燃燒室�?nèi)的壓力看作是均勻的，而且錢學(xué)森作了第一次近似，把流過噴口的氣流看作是似穩(wěn)的，即在任何一段不太長的時間間隔內(nèi)都可以看作是平穩(wěn)的。錢學(xué)森引入了Ｌ．克洛科（Ｃｒｏｃ－ｃｏ）的壓力與時滯相關(guān)的概念，以及明確地引進(jìn)離開均勻穩(wěn)定狀態(tài)的微小擾動概念，成功地建立了描述燃燒室壓力變化規(guī)律的方程，并進(jìn)而研究了時滯系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律。

彈道攝動理論在變系數(shù)線性控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，也是錢學(xué)森的早期研究成果。應(yīng)用彈道攝動理論的本來目的，只是計算飛行器彈道相對于標(biāo)準(zhǔn)彈道的微小修正量（這種修正是由于飛行器的重量與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差、大氣狀態(tài)的改變、風(fēng)的擾動作用等因素引起的）。由于現(xiàn)代大型快速電子計算機(jī)的出現(xiàn)，完全可以分別地直接計算每一條受擾的彈道，所以彈道攝動理論在彈道計算上的用處也就隨之消失了。然而，變系數(shù)線性控制系統(tǒng)的設(shè)計問題卻恰好可以應(yīng)用彈道攝動理論。Ｒ．德瑞尼克（Ｄｒｅｎｉｋ）在１９５１年研究過這種理論對遠(yuǎn)程火箭控制問題的應(yīng)用。但是，錢學(xué)森在１９５２年發(fā)表的《長射程火箭飛行器的自動導(dǎo)航》研究結(jié)果，不僅比德瑞尼克的結(jié)果更完善，而且包含了自動導(dǎo)航的內(nèi)容。

第一版《工程控制論》原是用英文寫的，１９５４年由麥克勞·希爾（ＭｃＧｒａｗ－Ｈ出）圖書公司在美國出版。此后，俄文版于１９５６年，德文版于１９５７年，中文版于１９５８年相繼出版。書中所闡明的基本理論和觀點(diǎn)，一方面奠定了工程控制論的基礎(chǔ)，另一方面指出了進(jìn)一步研究的方向，對自動化科學(xué)技術(shù)理論的進(jìn)展起了重要作用。原書中、英、德、俄等各種文版不斷為世界各國科學(xué)技術(shù)工作者所引證和參考。到１９８２年，意大利數(shù)學(xué)家Ｇ．Ｐ．斯蔡格（Ｓｚｅｇｏ）在美國學(xué)術(shù)出版社出版的《經(jīng)濟(jì)分析中的量化新技術(shù)》一書中，還對錢學(xué)森在《工程控制論》中建立的理論方法有很高的評價。宋健和其他幾位中青年控制論理論科學(xué)家根據(jù)錢學(xué)森的委托而完成的《工程控制論》（修訂版）于１９８０年出版。工程控制論從深度與廣度上推動了電子計算機(jī)技術(shù)革命、核能技術(shù)革命、航天技術(shù)革命和光子技術(shù)革命的發(fā)展。