1956年2月17日，作为一个刚刚回归祖国不久的科学家，钱学森怀着对新中国国防事业强烈的责任感，给党中央、国务院写了关于《建立我国国防航空工业的意见书》（当时为保密起见，用“国防航空工业”这个词来代表火箭、导弹和后来所称的航空航天技术）。在这个报告中，他对发展我国的国防科技事业，提出了长远的发展规划、措施和步骤，成为指导我国航空航天科技发展的最早文献。
1956年5月10日，聂荣臻元帅提出《关于建立我国导弹研究工作的初步意见》，并且建议在航空工业委员会下设立导弹管理局，钱学森任总工程师；建议建立导弹研究院，钱学森任院长。钱学森很快受命负责组建我国第一个火箭、导弹研究院―国防部第五研究院。
1956年10月8日，正好是钱学森回归祖国一周年的日子，聂荣臻元帅亲自主持五院成立仪式。这一天也是对新中国156名大学毕业生进行导弹专业教育训练班的开课纪念日，钱学森主讲《导弹概论》。在1942年加州理工学院喷气技术训练班授课14年之后，钱学森为能在自己的国家培养新中国第一批火箭、导弹技术人才授课，感到无比激动。这批受训的大学生，后来成为我国火箭、导弹与航天技术队伍的骨干。从此，中国的火箭和导弹研制工作得到了迅速推进。
1960年11月5日，中国第一枚导弹在戈壁滩沙漠腾空而起；1964年中国的中程导弹发射成功；1966年我国箭载原子弹试验成功。从地一颗原子弹爆炸成功到第一枚箭载原子弹试验成功，美国用了13年，中国仅用了2年多；1970年中国第一颗人造地球卫星发射成功……1966年10月27日，用中近程导弹运载原子弹的“两弹结合”飞行试验在酒泉发射场进行，导弹飞行正常，原子弹在预定的距离和高度实现核爆炸。这次史无前例的试验，标志着中国开始有了用于自卫的导弹核武器。第二天即1966年10月28日的《纽约时报》，用这样的文字报道了这一重大事件：“一位15年中在美国接受教育、培养、鼓励并成为科学名流的人，负责了这项试验，这是对冷战历史的嘲弄。
1950一1955年的5年中，美国政府成为这位科学家的迫害者，将他视为异己的共产党分子予以拘捕，并试图改变他的思想，违背他的意愿滞留他，最后才放逐他出境回到自己的祖国。”1970年4月24日，重量为173公斤的我国第一颗人造卫星发射成功。“五一”节晚上，毛泽东主席、周恩来总理在天安门城楼上接见了钱学森、任新民等参加研制的代表。这颗卫星向全世界播送的《东方红》乐曲，宣告了新中国迎来了航天时代的黎明。
钱学森学识渊博，他还是新中国交叉学科和横断性学科的倡导者和实践者，他将传统的控制论发展为一门全新的前沿学科——工程控制论，将中国国防工业和航天工业归纳升华为系统的工程理论，并应用到军事运筹、地球表层和生态环境等科学领域。此外，钱学森对哲学、艺术、医学，特别是音乐，都有相当的造诣。1991年10月16日，国务院和中央军委颁布命令，授予钱学森“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英模奖章。1995年1月12日，钱学森荣获首届何梁何利基金杰出贡献奖。1999年9月18日，江泽民主席亲自授予钱学森“两弹一行功勋奖章”。
钱学森把科学理论和火热的改造客观世界的革命精神结合起来，是一位杰出的科学家、思想家。由于钱学森对科学事业的重大贡献，人民感谢他，并给予了他应有的崇高荣誉。作为一代科技巨星，钱学森的爱国情操和献身科学的坚定信念，已经成为中华民族科技强国道路上时代精神的象征。
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