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１９５５年１１月，錢學森和錢偉長合作籌建中國科學院力學研究所。１９５６年１月５日，力學所正式成立，錢學森任第一任所長，直至７０年代後期。在錢學森倡議下，中國應用與理論力學學會在１９５７年正式成立，錢學森被一致推舉為第一任理事長，以後又任中國力學學會第一任理事長。１９５８年任中國科學技術大學近代力學系主任，講授星際航行概論和物理力學。
１９５６年春，錢學森應邀出席中國人民政治協商會議第二屆全國委員會第二次全體會議，並在會上發言。２月１日晚，毛澤東主席設宴招待全體委員，並特別安排錢學森同自己坐在一起，進行了親切的談話。這是一個有意義的時刻，它表明了錢學森從１９５５年１０月８日回到祖國後，已全身心地投入一項新的事業——中國共產黨領導的現代化建設事業。１９５９年經杜潤生、楊剛毅介紹，錢學森加入了中國共產黨。
１９５７年，錢學森所著《工程控制論》獲中國科學院自然科學獎一等獎。在5月30日中國科學院第二次學部大會上，他被補選為中國科學院學部委員。同年９月，國際自動控制聯合會（ＩＦＡＣ）成立大會推舉錢學森為第一屆ＩＦＡＣ理事會常務理事。１９６１年，在中國自動化學會成立大會上，全體代表一致推舉錢學森為首任理事長。
在４０年代試驗導彈的早期日子裡，錢學森就意識到導彈日益增長著的重要性，需要一種他稱之為噴氣式武器部的新機構，用新的軍事思想和方法專門進行研究。新中國國防建設的需要，為他實現這一預見提供了歷史的機遇。在哈爾濱參觀中國人民解放軍軍事工程學院時，院長陳賡大將專程從北京趕回哈爾濱接見錢學森，他問錢學森的第一句話是：“中國人搞導彈行不行？”錢學森說：“外國人能幹的，中國人為什麼不能幹？”陳賡大將說；“好！就要你這一句話。”這次談話，決定了錢學森從事火箭、導彈和航天事業的生涯。１９５５年１２月２７日，萬毅根據彭德懷元帥的指示，詳細地聽取了錢學森關於如何發展我國火箭導彈技術的意見。１９５６年２月１７日，在周恩來總理的鼓勵下，作為一個剛剛回歸祖國不久的科學家，錢學森懷著對新中國國防事業強烈的責任感，給國務院寫了關於《建立我國國防航空工業的意見書》（當時為保密起見，用“國防航空工業”這個詞來代表火箭、導彈和後來所稱的航空航天技術）。《意見書》指出：“健全的航空工業，除了製造工廠之外，還應該有一個強大的為設計服務的研究及試驗單位，應該有一個作長遠及基本研究的單位。自然，這幾個部門應該有一個統一領導的機構，作全面規劃及安排的工作。”《意見書》提出了我國“國防航空工業”的組織草案、發展計劃和具體步驟，並且開列了一張可以調來做高階技術工作的２１人名單，包括任新民、羅沛霖、梁守槃、胡海昌、莊逢甘、羅時鈞、林同驥等。《意見書》立即引起中央的重視，周恩來總理在１９５６年３月１４日親自主持會議研究，決定由周恩來總理、聶榮臻元帥和錢學森等籌備組建導彈航空科學研究的領導機構——航空工業委員會，委員會下設立：（１）設計機構；（２）科學機構；（３）生產機構。１９５６年４月１３日，國務院成立了以聶榮臻元帥為主任的航空工業委員會（當時對外不公開），錢學森被任命為委員。
錢學森（四）
１９５６年春，周恩來總理親自領導數百名科學技術專家，制訂新中國第一個遠大的規劃——《１９５６至１９６７年科學技術發展遠景規劃綱要》，確定了５７項國家重要科學技術任務。由錢學森主持，在王弼、沈元、任新民等的合作下完成了第３７項（《噴氣和火箭技術的建立》）的規劃。錢學森等在這項重要科學技術任務的說明書中指出：“噴氣和火箭技術是現代國防事業的兩個主要方面：一方面是噴氣式的飛機，一方面是導彈。沒有這兩種技術，就沒有現代的航空，就沒有現代的國防。建立了噴氣和導彈的技術，民用航空方面的科學技術問題也就不難解決”；“本任務的預期結果是建立並發展噴氣和火箭技術，以便在１２年內使我國噴氣和火箭技術走上獨立發展的道路並接近世界先進的科學技術水平，以滿足國防的需要”；解決本任務的途徑：“必須儘先建立包括研究、設計和試製的綜合性的導彈研究機構，並逐步建立飛機方面的各個研究機構”；解決本任務的大體進度：“１９６３—１９６７年，在本國研