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这些工作不仅耗费体力，而且非常危险。1936年10月底，小组成员工作到凌晨3点，才将供实验用的小型火箭发动机的各个零件安装好。补了3个小时的觉之后，他们在天将破晓之际驱车前往阿罗约·塞科河谷，将闪闪发亮的模型火箭发动机底端朝向天空，架设在实验台的弹簧上。随后，他们将一根供给氧气的管子和另一根供给液态甲醇推进燃料的管子与燃烧室连接起来。在试图点燃氧气和燃料的混合物之前，小组成员在火箭发动装置周围堆满沙包，然后躲进挖好的地沟中。
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点火之后，火焰会从发动机的镍钢喷嘴中喷出，推动发动机向下，冲击弹簧。固定在发动机下方的一小粒金刚石在平行放置的推动力记录仪的玻璃柱表面留下刻痕，从而可以据此计算出产生的推动力。在实验过程中，经常发生一些激动人心的小事件，令小组成员多年之后仍津津乐道。比如，1936年10月的实验中，氧气管破裂并着起了火，让他们落荒而逃（后来，小组成员很遗憾未能为当时的整个情景拍下照片）。此后，1937年1月，火箭发动机破纪录地运行了44秒，令所有人都忍不住鼓掌欢呼。
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马利纳和史密斯经常在史密斯的办公室里讨论实验结果，当他们这样做的时候，史密斯注意到，钱学森非常用心地在一旁倾听。“当他听到我和马利纳的谈话时，他很好奇。”史密斯说。有一天一起上课的时候，钱学森走向马利纳，就马利纳此前为一本杂志撰写的有关火箭的文章提出了许多问题。
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在对太空旅行的可能性进行了热烈的讨论后，马利纳对钱学森说：“如果你对火箭感兴趣，为什么不加入我们的小组呢？”钱学森欣然同意。没过多久，1937年5月22日，马利纳就给家中的父母写信道：“一名对火箭的理论问题感兴趣的中国研究生加入了我们的小组。我们现在有5个人了……帕森斯（Parsons）、史密斯、钱学森、阿诺德（Arnold），还有我自己。”
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在整个20世纪30年代，很少有人认为火箭是一个值得投入力量研究的科学领域。他们有不这么做的充分理由。技术还在萌芽状态，只有3个不同国家的3名科学家彼此隔绝地独立进行着相关研究。
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这一领域的开先河者是苏联科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（Konstantin Tsiolkovsky）。这位双耳失聪、性格内向的科学家在19世纪90年代第一个在发表的论文中提出火箭太空飞行的数学问题。不幸的是，在1921年之前，他的发现并未得到苏联科学院和世界上其他科学家的重视。
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接下来是美国马萨诸塞州克拉克大学的物理学教授罗伯特·高达德（Robert Goddard）。从少年时代开始，高达德就对太空飞行的概念深深着迷。从大学毕业后，他在笔记本上写下了许多半个世纪后才逐渐成形的点子：分级火箭，以液态推进燃料和固态推进燃料作为动力的火箭，人类登陆月球。在他家中的实验室里，高达德设计了一系列使用固态推进剂的小型火箭发动机实验，并于1918年在阿罗约·塞科河谷的小山上进行实验。他的相关发现发表于1919年的经典论文《到达极限高度的一种方式》（A Method of Reaching Extreme Altitudes）中。在报道高达德的发现时，媒体采用了一种耸人听闻的方式，使得关于“高达德正准备把自己发射到月球上”的谣言四处流传。这一不快经历使得高达德从此消失于公众视线，此后一直过着离群索居的生活，对自己的研究严格保密。
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第三位先驱是德国科学家、作家赫尔曼·奥伯特（Hermann Oberth）。1922年，28岁的奥伯特在海德堡攻读博士学位时，在博士论文中就描述了一种使用液态推进剂、可以长距离飞行的火箭的设计方案，并用数学公式阐释了为什么火箭可以脱离地心引力。海德堡大学拒绝了他的论文。坚信自己正确的奥伯特将这篇论文以书籍形式出版，名为《飞向行星际空间的火箭》（Rakete zu den Planetenräumen）。这本书开始时少人问津，只有一位教授对它表示质疑，宣称火箭在真空中不可能飞行，因为排出的气体无从借力。
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事情的转折发生于1924年。慕尼黑的一名高产畅销书作家马克斯·瓦列尔（Max Valier）被奥伯特的书所吸引，开始花费大量精力推广奥伯特的理念，在他论文的基础上写了许多本畅销书和文章，而且在德国和奥地利进行巡回演讲。这样做的结果，是奥伯特和瓦列尔的书都被抢购一空。在瓦列尔的帮助下，奥伯特的书成为火箭研究领域的一种时尚——主要倡导者由科幻小说迷和喜欢稀奇古怪事物的富家子弟构成。在德国，开始涌现大量与火箭相关的通俗作品或技术专著，不久，世界上第一本专门讨论太空探索的学术杂志和第一家学术社团也出现了。
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然而，到1926年的时候，瓦列尔认为公众的反响还不够热烈。失望的他想出了一个新点子，发起一场全国性的募捐运动，为推动火箭向太空船的逐渐转型项目募集资金。他请艺术家将自己的技术梦想画成激动人心的图画，但这却导致了奥伯特与他的决裂——因为奥伯特认为，一些图画在技术上并不严谨。不管怎样，这一募捐运动最终激起了欧宝（Opel）汽车公司的富有的继承人弗里茨·范·欧宝（Fritz Van Opel）的好奇心，而他是当时媒体争相追逐的花花公子。没过多久，1928年，弗里茨·范·欧宝就开始在赛车场上驾驶火箭汽车，吸引了上万名观众的眼球。
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就在此时，对火箭的狂热在欧洲到达顶峰。1929年，德国电影导演弗里茨·朗（Fritz Lang）导演了一部长达3小时的史诗巨片《月亮上的女人》（Frau im Mond），讲述了一个建造火箭并飞往月球的故事。这掀起了新的一轮火箭热潮。此外，在瓦列尔与欧宝的通力合作下，一些新花样也不断出现：火箭雪橇，火箭赛车，火箭滑翔机，甚至还有火箭摩托车。然而，1930年，一间装有液态推进剂的储藏室发生爆炸，爆炸碎片刺入瓦列尔胸部，导致他当场身亡。他的死亡令德国舆论呼吁取缔私人火箭研究，火箭热也因此开始走入低潮。
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直到1935年，火箭这门学科都未能在加州理工学院得到严肃对待。这一年，冯·卡门的另一名弟子威廉·柏雷（William Bollay）发表演说，介绍欧根·桑格（Eugen Sanger）在维也纳进行的火箭发动机实验，并讨论以火箭作为动力的未来飞行器的发展可行性。此举成为了钱学森后来加入的火箭小组的催化剂。弗兰克·马利纳从柏雷的演讲中获得启发，着手查阅与火箭技术相关的科学文献，并向当时加州理工学院董事长罗伯特·密利根的儿子、身为航空学教授的克拉克·密利根（Clark Millikan）提议，由其指导自己完成一篇关于火箭飞行的博士论文。然而，克拉克·密利根的态度与当时整个学术界对火箭的态度一样，认为这不过是好莱坞电影中的噱头和寻求刺激者追逐的花样，因此拒绝了马利纳的提议。他甚至建议马利纳退学，去飞机制造公司找份更有前途的工作。幸运的是，冯·卡门对马利纳的点子颇为欣赏，并同意做他的论文指导者。
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与此同时，校园里出现了另外两名同样对火箭技术兴趣盎然的年轻人的身影。自学成才的化学家约翰·帕森斯（John Parsons）和熟练的机械技师爱德华·福曼（Edward Forman）虽然没有正规的学术背景，但却已经在帕萨迪纳进行了好几年关于小型黑色火药火箭的实验工作。当他们在《帕萨迪纳邮报》（Pasadena Post）上读到柏雷关于火箭飞机的文章之后，两名年轻人大胆造访加州理工学院，希望在这里获得所需的技术资源和支持，建造使用液态推进剂的火箭发动机。出于共同目标，马利纳同意与他们通力合作。在几轮会面讨论后，3名年轻人勾勒出了未来的发展方案：研发出理论上可以进入大气层上层的火箭。他们希望，这种火箭可以在气象学领域找到用武之地。
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1936年初，马利纳、柏雷、帕森斯和福曼设定了两项初始目标：解决火箭在反作用推进力和飞行表现方面的理论问题，以及建造一台小型火箭发动机用于实验。加州理工学院的另一名学生A. M. O. 史密斯（A. M. O. Smith）于此时加入小组，他是美国国家青年领袖奖学金的获得者，当时正担任冯·卡门的助手。小组成员复杂的背景让他们成为一个奇特的天才组合，其中既有马利纳、柏雷和史密斯所擅长的数学计算能力，也有帕森斯和福曼带来的敢于冒险的动手实践精神。当马利纳、柏雷和史密斯这3个人埋头于火箭相关的数学计算时，帕森斯和福曼则用从垃圾堆和二手商店里淘来的金属部件，一点一点拼装出了火箭箭身。与齐奥尔科夫斯基、高达德和奥伯特这3位在隐居中独自进行研究的火箭先驱相比，加州理工学院的火箭小组却用团队合作的方式，将理论和实践很好地结合在了一起。日后美国乃至全世界在太空技术发展过程中的系统分工模式，由此可见一斑。
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如今已经成为一门重要学科的太空科学，背后有庞大的资金支持，然而，回到20世纪30年代，这门学科创始之初，加州理工学院的火箭小组最头痛的问题却是钱。当时，并没有关于火箭研究的政府资助，小组成员不得不自筹经费。马利纳业余时间在加州理工学院的风洞实验室工作，每小时可以赚80美分。史密斯靠替技术行业报纸和教科书画插图赚一点儿外快。1936年6月，因为筹不出购买两台仪器所需的120美元，马利纳几乎要放弃火箭项目。小组成员一度希望当时加州理工学院的气象学教授欧文·克里克（Irving Krick）——他的另一重身份是商业电台的气象播报员——能够帮忙说服他的富人朋友慷慨解囊，资助火箭相关研究，但到头来，这个指望不过是一场美梦而已。想钱想疯了的马利纳和帕森斯甚至打起了好莱坞的主意，他们开始构思写一部关于一群为外国独裁者服务的邪恶火箭科学家的反战主题的科幻小说，希望可以卖给制片厂当脚本。
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1937年6月，一名加州理工学院气象学系的研究生韦尔德·阿诺德（Weld Arnold）为火箭小组带来了一笔意外之财。阿诺德某次听过马利纳在校园里的演讲后，深受感动，于是承诺为火箭项目筹集1000美元。没过几天，他就出乎意料地带来了第一笔钱——包在一张旧报纸里的一沓面值1美元和5美元的钞票，一共是100美元。几十年后，史密斯回忆道，阿诺德从来都没跟小组成员提过是从哪儿搞到的这笔钱，小组成员也从来都没有就此追根究底。他记得，兴高采烈的马利纳忍不住向此前否定了他的火箭研究项目的太空学教授克拉克·密利根炫耀手中的钞票，“克拉克，咱们在加州理工学院成立个火箭研究项目基金，你看怎么样？”他骄傲地对密利根说。密利根瞠目结舌的样子，让马利纳开心了很长时间。这1000美元足以负担制造火箭发动机的开支，马利纳终于不用再躲在帕森斯的厨房里挖空心思地构思小说了——要知道，这厨房也被帕森斯用做仓库，储存气味刺鼻、极易爆炸的剧毒液态化学原料四硝基甲烷。
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伴随着新的资金的注入，项目开始加快了脚步。恰在此时，钱学森也加入了进来。理所当然地，他成了小组里的常驻数学家。1937年5月29日，钱学森完成了一份题目长得令人难忘的报告：《喷嘴发散角度变化对火箭发动机推进力的影响；理想的火箭发动机运转周期；理想的效率及理想的推进力；使用离散法计算燃烧室温度》（The Effect of Angle of Divergence of Nozzle on the Thrust of a Rocket Motor; Ideal Cycle of a Rocket Motor; Ideal Efficiency and Ideal Thrust; Calculation of Chamber Temperature with Disassociation）。这份报告给出了一台燃烧室和推进喷嘴容量固定的理想火箭发动机的计算公式。钱学森认为，火箭尾端喷出的火焰的半径应当尽可能狭小，这样才能在太空中提供强劲集中的推进力。如果火焰过大，很可能会导致火箭失控。钱学森的论文与火箭小组成员此前对火箭发动机、液态燃料、火箭飞机和火箭外壳的一系列分析和实验报告一道收入一本被戏称为“圣经”的论文集中，这构成了火箭小组研究的理论基础。
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1937年，加州理工学院正式承认了这个火箭小组的地位，将其纳入加州理工学院火箭研究项目古根海姆航空实验室。火箭小组做出的第一件事，便是从冯·卡门那里获得许可，使用古根海姆航空实验室的研究设备进行此后的实验。这样，他们就再也不用拖着沉重的实验设备在阿罗约河谷到处乱转了。在接下来的一个月中，火箭队成员把据点转移到了实验室的地下室中。利用楼梯间通向屋顶天花板的一线天，他们安装了4根悬吊钢丝，将一个正方形金属笼挂在半空中。笼子上面，是一个垂直放置的8英寸长的小火箭。这个装置的实际作用是充当一个50英尺长的钟摆。火箭点火后它的摆幅可以帮助研究者计算火箭的推进力。
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刚刚乔迁新居不久，灾难就接踵而来。先是马利纳和史密斯不小心将一罐四氯化氮洒在了盖茨化学楼前的草坪上，留下一大块棕褐色的焦痕，让园丁十分抓狂。（这个罐子是一战时留下的，锈蚀得十分厉害，以至于马利纳和史密斯事发后无法将阀门关上。）随后，在一次实验中，四氯化氮和酒精的燃料组合未能成功燃烧，火箭不停地向外喷射红色的泡沫和浓烟，使得实验室中所有金属表面都严重氧化，而且散发出难闻的气味。“如果楼里有老鼠，恐怕都会跑个精光。”马利纳说。腐蚀性的烟雾使得那些宝贵的实验器材表面都蒙上了一层鲜红的锈，尽管火箭队成员发了疯一样试图用沾了油的软布擦去锈迹，但许多设备都已毁于一旦。
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“这件事相当可怕，”马利纳当时的室友马丁·萨默菲尔德回忆道，“当时情形非常严重。他们有可能被开除，整个研究项目可能会被彻底解散。在那个时候，这个研究项目本来就经费短缺，有什么理由一定要将其保留呢？然而，一定是冯·卡门说服了加州理工学院的校方，说这是一件非常有价值的、值得去做的事，即使校方可能因为泄漏事件而蒙受经济损失。”
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但是，火箭小组却被永久性地踢出了实验室。“出去！”当学生们磨磨蹭蹭地向外搬运设备时，冯·卡门对他们大吼。所有的设备被撂在古根海姆实验室东边的一个混凝土装载平台上，任凭风吹雨打，那个“钟摆”则挂在几根突出的房梁上。偶尔一阵大风刮来，氧气罐、燃料罐和仪表盘被吹得晃晃悠悠，小组成员只有等待风停之后才能继续工作。
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在这一年接下来的时间中，这个室外平台就成了火箭小组的实验室。实验的响动声震整个校园。“我记得一次望向窗外，正看见那帮男孩在坡道上引爆些什么。”一位加州理工学院教授回忆道。没多久，其他学生就开始以“敢死队”称呼这个火箭小组。
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1937年底，这个团队经受着相当大的压力。他们必须要整理出一篇理论性的论文，由马利纳在次年1月召开于纽约的第六届航空科学研究院（IAS）年会上报告。克拉克·密利根可能是压力的来源。他是1938年IAS的大会主席。这篇题为“探空火箭飞行分析”的论文由史密斯和马利纳执笔，分析了简单的模型火箭的数学原理。在论文中，他们将火箭定义为一个垂直飞行穿越真空的无翼飞行器。在4页的篇幅中，两人还给出了理想火箭运动的一些基本方程式。1938年1月20日，冯·卡门给了马利纳一个惊喜：他拿出200美元，用以支付马利纳往返纽约的旅行费用。第二天，马利纳就登上了开往东海岸的列车。一路上，他都在用心琢磨讲稿，准备在1月26日的空气动力学分组讨论会上一鸣惊人。
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这篇论文在纽约大获成功。它是IAS会议上第一篇关于火箭学的研究报告，不仅为加州理工学院的火箭小组赢得了来自航空界的注目，还让它在全美国范围内声名大噪。美联社和《时代》周刊都对其进行了报道，并且披露了他们要将火箭送入远比探空热气球更远的太空中去的宏伟计划。美联社援引马利纳的话说：“分析结果证明，如果可以建成一个高效的火箭发动机，（人类）可以抵达其他任何已知方式都无法企及的高度。”很快，“科学家准备向967英里以外的太空发射火箭”的新闻标题便开始出现在全美各地报纸之上。
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当马利纳回到校园，他发现，火箭小组对这种从天而降的声名既兴奋又不安。全加州的报纸都以头版报道了他们的IAS论文，其中还包括《洛杉矶时报》（Los Angeles Times）的一篇社论。当再次审阅会议论文时，钱学森和马利纳一度以为他们找到了一处错误，顿时惊慌失措。过了好一段时间，他们才冷静下来，说服自己其实是正确的。“不用说，某一些时刻是相当令人忧心忡忡的。”马利纳写道。
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