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战争期间，钱学森参加了由美国军方资助的多个军工项目，“为高速空气动力学和喷气推进技术的发展作出了重要贡献”
。
从1940年起，火箭研究计划被美国政府列为高度军事机密。钱学森因其侨民身份，无法获得参与资格，被迫退出火箭研究小组，时间长达一年多。“珍珠港事件”（Attack on Pearl Harbor）发生后，因中美共同抗日的战略联盟需要，钱学森才获得参与美国机密研究计划的资格。1942年12月1日，在冯·卡门推荐下，经美国宪兵司令部国内安全局人事安全分局局长巴特尔（M. S. Battle）上校安全审核，钱学森获得了保密许可证（security clearance）
，获准参加陆海空三军、战争部（War Department）和科学研究发展局（OSRD）等一切军事机密的研究工作。
钱学森获得参与美国军事机密研究项目的资格后，得以参加美国国防部、空军和陆军军械署的保密合同。他陆续承接了军方多项研究任务
。1942年11月16日，冯·卡门致函美国陆军军械署（Army Ordnance），推举钱学森参加合同号为W-101-ORD-1312（741）的项目研究工作：“钱学森是目前从事超音速飞行研究的最优秀专家之一。他在该领域的论文为他赢得了盛誉。他的聘用对完成合同研究工作至关重要。”
1943年4月，钱学森完成了一项关于高速飞行时XSC2D整流罩上方压力分布的研究
。
此外，钱学森还向军方提交了一系列关于火箭研究在内的研究报告。其中最重要的一份报告是他于1943年向美国陆军航空兵提供的《远程火箭的飞行特性》（Performance of Rocket Projectile）内部报告
。该报告对远程火箭的飞行特征，包括火箭的射程、飞行段（动力飞行阶段、自由飞行阶段、有翼滑翔阶段）等进行了分析计算，并且提供了两个实际算例。该报告的前瞻性分析后来被火箭发展的技术实践所证实。此外，同年10月，他还提出了一份关于向固体推进剂中添加金属固体以改善性能的可行性报告。1944年8月，他为喷气推进实验室完成了一份关于平坦表面与高速气流间热转换的论文
。