主要贡献为航空事业的导弹，其中主要包括两弹一星。力学方面应用力学，物理力学，航天与喷气，工程控制论，系统科学，对系统工程等诸多贡献。
钱学森对中国航天事业的贡献按照年份如下：
1936年10月转加州理工学院攻读博士，成为著名力学家冯·卡门的学生。获博士学位后钱学森留在冯·卡门航空大师领导的古根海姆实验室工作。在冯·卡门教授的影响下，钱学森参加了火箭研究小组，并在1942年与别人合作完成《远程火箭的评论与初步分析》的研究报告，提出了几种火箭研究的设想，同时亲自参加了美军“下士”导弹的设计工作，在军方的喷气技术训练班讲授火箭推进技术课程，为美国早期发展地地导弹和探空火箭奠定了理论和技术基础。此后，钱学森在应用力学、物理力学、航天与喷气、工程控制论等许多科技领域都取得了显著的科技成就，其中不少是开创性工作。
1949年5月，钱学森在得知祖国召唤他回国服务的切切深情后，便加紧做回国的准备工作。但这时的美国麦卡锡主义横行，对他进行迫害。1950年夏钱学森便决定以探亲的名义立即回国，并将他的决定用电话报告了他的上司、美国海军次长金布尔。但在他举家出发时钱学森被拘留。金布尔气急败坏地对美国司法部说：“绝不能放走钱学森，他知道的太多了。我宁可把这个家伙枪毙了，也不愿放他回到中国。无论到哪里，他都抵得上五个师的兵力！”两星期后由几名友好的美国同事重金保释，但其行为受到限制和监视，每月需向移民局汇报一次。在身陷囹圄的5年时间里，钱学森有意让美国当局知道他已改变研究方向，1954年写出了《工程控制论》，在一个新的工程技术领域取得开创性的成就。经过中国政府的营救和艰苦的斗争，1955年9月钱学森终于冲破藩篱，全家启程回国。
钱学森回国后，在党和国家领导人的支持下，积极参与我国火箭和空间事业的规划和组建工作，并以他在空气动力、火箭发动机、制导控制、总体结构、材料工艺、计算机、质量控制和系统工程等领域的博深知识，为我国培养了大批火箭和空间技术人才，在领导我国的导弹、运载火箭和航天器的研制工作中，发挥了巨大的作用。
1956年，钱学森提出了《建立我国国防航空工业的意见书》，主持编制了《1956至1967年科学技术发展远景规划纲要》中的《喷气和火箭技术的建立》方案。同年，钱学森受命组建中国第一个火箭、导弹研究机构——国防部第五研究院并担任首任院长，开始组织科研队伍，开展火箭技术的研究工作。1958年，在争取到有限的援助之后，钱学森协助聂荣臻元帅主持和部署了第一枚近程导弹的仿制工作。他深入研究室、试验站、发射场解决导弹技术工程中的难题，开办训练班讲授火箭概论，倡导“神仙”会讨论航天课题，集思广益，协同攻关。
1960年11月5日，在他的参与和组织下，，我国发射成功第一枚仿制的近程导弹，这成为中国新兴火箭事业的转折点。此后，钱学森领导中国的火箭开始走上了独立研制的道路。1962年3月21日第一枚中近程导弹发射时由于姿态失稳和发动机起火而失败，钱学森认为经过挫折会使人变得聪明起来，勉励科技人员振作精神，分析找出失败的原因。
他提醒设计师注意发动机的高频震荡和系统的协调，提出了解决导弹总体设计和地面试验的关键问题。经过广大科技人员和工人的努力，1964年6月29日第一枚东风2号中近程导弹发射试验获得成功。在钱学森的组织协调下，经过对这种导弹的改进，1966年10月27日用导弹载原子弹的“两弹结合”发射试验传出捷报。不过，这时中国的“两弹”研制尚处于秘密状态，人们并不知道钱学森主持创造了这些奇迹。
钱学森是为新中国的成长做出无可估量贡献的老一辈科学家团体之中，影响最大、功勋最为卓著的杰出代表人物，是新中国爱国留学归国人员中最具代表性的国家建设者，是新中国历史上伟大的人民科学家。
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