物理力學

錢學森在１９４６年將稀薄氣體的物理、化學和力學特性結合起來的研究，是先驅性的工作。１９５３年，他正式提出物理力學概念，主張從物質的微觀規(guī)律確定其宏觀力學特性，改變過去只靠實驗測定力學性質的方法，大大節(jié)約了人力物力，并開拓了高溫高壓的新領域。１９６１年他編著的《物理力學講義》正式出版�，F(xiàn)在這門學科的帶頭人是芶清泉。１９８４年，錢學森向芶清泉建議，把物理力學擴展到原子分子設計的工程技術上。
系統(tǒng)工程

錢學森以他在總體、動力、制導、氣動力、結構、計算機、質量控制等領域的豐富知識，為組織領導我國火箭、導彈和航天器的研究發(fā)展工作發(fā)揮了巨大作用，他對中國火箭導彈和航天事業(yè)的迅速發(fā)展作出了卓越貢獻。學術上最重要的貢獻是發(fā)展了航天系統(tǒng)工程。

航天系統(tǒng)工程的起源，可以追溯到２０世紀４０年代。在４０年代，噴氣推進實驗室通過研究火箭助推飛機起飛裝置開始，逐步從加州理工學院的一個工程研究小組演化成為航天工程研究組織。錢學森運用并發(fā)展了他在噴氣推進工作中獲得的經(jīng)驗，從５０年代后期中國航天計劃開始實施的時候起，他就和廣大干部、科技人員在周恩來總理和聶榮臻主任領導下，把當時蘇聯(lián)航空技術發(fā)展中的總體設計部和我國行政組織管理的實際結合起來，這也就是今天稱為航天系統(tǒng)工程的組織管理�，F(xiàn)在，中國的航天系統(tǒng)工程已發(fā)展到成熟階段，它包括：

（１）由總體設計部對航天工程進行科學的技術管理（又稱技術協(xié)調）�？傮w設計部由熟悉大系統(tǒng)各方面專業(yè)的技術人員組成，在總設計師的領導下，根據(jù)任務的要求，用系統(tǒng)分析的方法進行大系統(tǒng)指標論證、總體方案（包括技術途徑、經(jīng)濟性和可行性）論證、流程設計和系統(tǒng)環(huán)境分析，選擇總體參數(shù)和構形，以確定系統(tǒng)體系結構的組成、功能；從整個大系統(tǒng)的要求出發(fā)，提出各組成系統(tǒng)的設計參數(shù)和技術要求，將各組成系統(tǒng)結合成一個有機的整體，進行系統(tǒng)試驗和系統(tǒng)使用方法的總體設計，提出各種試驗和使用設施的技術要求，或對現(xiàn)有試驗和使用設施提出采用或改造的建議。

（２）在整個航天系統(tǒng)工程過程中，采用建模與仿真技術。包括數(shù)字仿真和半實物仿真，以實現(xiàn)系統(tǒng)方案的整體優(yōu)化、系統(tǒng)功能和結構的協(xié)調一致。

（３）計劃管理機關用管理信息系統(tǒng)對航天工程實行科學的計劃管理。這種有電子計算機的信息系統(tǒng)能夠形成一高效的數(shù)據(jù)庫，不斷將各項工作的歷史情況和最新進度顯示出來，對經(jīng)常變動的計劃進展情況進行快速處理，使計劃管理人員及時掌握整體計劃的全面動態(tài)，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，對擬采取的計劃協(xié)調措施用網(wǎng)絡模型和電子計算機進行模擬，預測措施的效果，為決策提供依據(jù)，選擇人力、物力和財力的最佳調度方案。航天工程系統(tǒng)的總體設計機構和計劃管理機關，形成航天工程計劃領導人的參謀機構的整體，前者是航天工程系統(tǒng)總體概念、總體方案、總體設計技術協(xié)調措施科學性的體現(xiàn)者；后者是航天工程系統(tǒng)計劃協(xié)調措施中科學性和人、財、物調度權力的體現(xiàn)者。

錢學森不僅將我國航天系統(tǒng)工程的實踐提煉成航天系統(tǒng)工程理論，并且在８０年代初期提出國民經(jīng)濟建設總體設計部的概念，還堅持致力于將航天系統(tǒng)工程概念推廣應用到整個國家和國民經(jīng)濟建設中，并從社會形態(tài)和開放復雜巨系統(tǒng)的高度，論述了社會系統(tǒng)。任何一個社會的社會形態(tài)都有三個側面：經(jīng)濟的社會形態(tài)、政治的社會形態(tài)和意識的社會形態(tài)。錢學森從而提出把社會系統(tǒng)劃分為社會經(jīng)濟系統(tǒng)、社會政治系統(tǒng)和社會意識系統(tǒng)三個組成部分。相應于三種社會形態(tài)應有三種文明建設，即物質文明建設（經(jīng)濟形態(tài)）、政治文明建設（政治形態(tài)）和精神文明建設（意識形態(tài)）。社會主義文明建設應是這三種文明建設的協(xié)調發(fā)展。從實踐角度來看，保證這三種建設協(xié)調發(fā)展的就是社會系統(tǒng)工程。從改革和開放的現(xiàn)實來看，不僅需要經(jīng)濟系統(tǒng)工程，更需要社會系統(tǒng)工程。
系統(tǒng)科學

錢學森對系統(tǒng)科學的工作可以追溯到１９５５年。這一年秋天，錢學森和許國志一同把運籌學的“種子”從它的發(fā)源地美國帶回了祖國。１９５６年，錢學森創(chuàng)建了我國第一個運籌學研究組，并把這個研究組作為他負責組建的中國科學院力學研究所的組成部分。錢學森和許國志通過這個研究組開辟了運籌學面向我國社會主義經(jīng)濟建設的發(fā)展方向。作為一個有遠見的科學家，他在當時已預見到運籌學不單要研究現(xiàn)有武器裝備的運用，而且更要研究未來武器裝備的規(guī)劃與運用。因此，他在國防部第五研究院創(chuàng)建了我國第一個軍事運籌學研究機構——“作戰(zhàn)研究處”，開辟了運籌學面向我國武器裝備規(guī)劃、論證的一個發(fā)展方向。這可以說是我國國防系統(tǒng)分析研究工作的起源。

從１９７８年春天開始，錢學森為促進運籌學、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)分析在我國的發(fā)展，作出了重要的貢獻。他先后在北京、成都、昆明、長沙發(fā)表了一系列學術講演。這些講演的主要見解，后來集中表達在１９７８年９月２７日公開發(fā)表的論文《組織管理的技術——系統(tǒng)工程》中。這篇論文對運籌學、系統(tǒng)工程和系統(tǒng)分析科學活動在中國的繁榮，產(chǎn)生了十分積極的影響。１９７９年７月２４日，錢學森應邀在中國人民解放軍總部機關領導同志學習會上向數(shù)千名聽眾發(fā)表了與王壽云、柴本良合寫的題為《軍事系統(tǒng)工程》的長篇講演，把計算機作戰(zhàn)模擬技術推薦給中國人民解放軍。他指出：“戰(zhàn)術模擬技術，實質上提供了一個‘作戰(zhàn)實驗室’，在這個實驗室里，利用模擬的作戰(zhàn)環(huán)境，可以進行策略和計劃的實驗，可以檢驗策略和計劃的缺陷，可以預測策略和計劃的效果，可以評估武器系統(tǒng)的效能，可以啟發(fā)新的作戰(zhàn)思想。”“在模擬的可控制的作戰(zhàn)條件下進行作戰(zhàn)實驗，能夠對有關兵力與武器裝備使用之間的復雜關系獲得數(shù)量上的深刻了解。作戰(zhàn)實驗，是軍事科學研究方法劃時代的革新。”錢學森的這篇講演，對國防系統(tǒng)分析在我國的發(fā)展產(chǎn)生了很大的推動作用。１９７９年１０月，錢學森在北京主持召開了“北京系統(tǒng)工程學術討論會”。這次會議促成了中國系統(tǒng)工程學會及其所屬專門從事國防系統(tǒng)分析研究的群眾性學術團體——軍事系統(tǒng)工程專業(yè)委員會于１９８０年正式成立。錢學森等著的《論系統(tǒng)工程》在１９８２年１１月出版，增訂版在１９８８年１０月出版。