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1950年正月十五，正在哈尔滨工业大学预科班读书的孙家栋，本打算晚上回姐姐家改善伙食，后来听说学校食堂晚饭加餐，吃红烧肉。
“吃完肉，再回去……”孙家栋索性就留下了。那个年月，没有几户人家过年能吃上肉的。令孙家栋没有想到的是，这顿红烧肉竟然改变了他人生的事业方向。
“中国人民解放军空军招募精英！有意愿的同学，可以马上报名。”学校相关负责人在食堂宣读通知。
当时，中央军委作出决定，建立6所航空学校，第一航校在哈尔滨、第二航校在长春、第三航校在锦州、第四航校在沈阳、第五航校在济南、第六航校在北京南苑。
孙家栋擦拭一下嘴巴，起身找到相关负责人说“我要报名”。他从小在战争烽火中长大，目睹祖国山河沦陷、同胞遭到惨绝人寰的杀戮……那时候，当兵保家卫国的种子，早就埋在了他的心底。
如今机会就在眼前，孙家栋不假思索，就作出了参军的决定。来不及与家里商量，孙家栋毅然决然地填报了从军申请，当天报名、当天批准，当晚他便怀着对祖国、对未来的无限憧憬登上了前往北京的列车去报到。
一身蓝军装、一顶制式帽、一双制式皮鞋，一脸青涩的孙家栋，一夜之间成了一名军人。
这顿红烧肉，改变了孙家栋原有的“建高楼、筑水坝、修大桥”的理想和事业。
这时的孙家栋还不满21岁。
当时几个空军航校都急需俄语翻译人才，俄文成绩优秀的孙家栋又一次被派上了用场。他报到后，被分配到第四航校给苏联航空教官当授课翻译。孙家栋在后来回忆时说：“我国空军第一批优秀飞行员，如赵宝桐、张积慧、王海、刘玉堤等都是从这所学校学成后参加战斗的，这些出色的飞行员充分发挥了个人的聪明才智在战场上建功立业，为国家和人民争得了荣誉，成为震惊世界的战斗英雄。”
出于对新中国空军的热爱和对事业的追求，孙家栋各项工作都做得很出色，平时的勤奋与努力，迎来了机遇的召唤。
年轻的共和国百废待兴，各行各业都急需技术人才。那个年代的人，个个都想多学一些科学技术，在新中国“一穷二白”的版图上画出最美最好的“图画”。
1951年7月，孙家栋“过五关、斩六将”，在全军300多名优秀人才中脱颖而出，同另外29名战友一起，被选送到苏联茹科夫斯基空军工程学院读书。这是中华人民共和国成立后第一批公派留学人员。
那年他22岁。历经七天七夜的日夜兼程，孙家栋这一批年轻人到了当时的莫斯科后，感觉苏联是一个伟大的社会主义国家，他们对市政设施、房屋建筑、公路交通、工厂生产规模都是那么的好奇。来苏联前对于地下铁路大家只是听说过，却从来没有见过，来到很深的地下后，首先就被那庞大的地下工程所折服，尤其是莫斯科红场下面上下三层的地铁站像迷宫一样纵横交错，这些所见所闻让他们感到了苏联科学技术的先进。对于乘坐地铁，当时还有一个笑话。初到莫斯科，孙家栋他们几人一起坐着长长的滚梯随着轰隆隆的声响，瞬间就从阳光明媚的地面下到了地下十几米的站台，虽然是地下，但灯火辉煌，站台上那些光彩夺目的彩色壁画令人
目不暇接，正在这时，地下火车风驰电掣地驶入站台，车厢的门在他们面前“哧”的一声打开了，他们几个同学绅士般地互相谦让“你先上、你先上”。没想到还没等他们谦让完，车厢的门却“咔”的一声关上了，在他们还没回过神的瞬间，地下火车在“唰”的声响中已经离开了他们的视线，孙家栋和同学们你望着我、我望着你，面面相觑、茫然不解，后来才知道，车厢的门是自动开关的。苏联在20世纪50年代就已经使用自动开关车门了，那个年代，这种技术的应用绝对可以称之为现代“高科技”，这些怎能不使初来乍到的他们大开眼界呢！
孙家栋他们心里暗暗想，决不能浪费光阴，要刻苦学习各种先进的科学技术。
孙家栋学的是飞机发动机专业。留学期间，他舍不得浪费一分一秒，除了出色完成学院规定的学习内容，还不断给自己加码，白天听课、晚上预习，每天都要到凌晨一两点钟才睡觉。
孙家栋凭着良好的记忆力，每门功课的内容都能在短时间内背得滚瓜烂熟、理解透彻，基本上每次都有把握应对考试。每次大的考试，学院都会组成考试委员会，因为孙家栋胸有成竹，每次都能沉着应对。孙家栋面对诸多考官提问报上自己的姓名后，冷静地说：“请允许我回答……”于是流利地一个个回答了考官们提出的各种问题。
一次，三年级的航空发动机理论考试，担任主考官的涅卡耶夫是苏联科学院院士，也是苏联赫赫有名的大学者。涅卡耶夫采取逐个进行的考试方法，轮到孙家栋上场时，恰好涅卡耶夫拿错了考卷，将从未学过的《航空发动机静态下主要性能的推导》问题提给了孙家栋。孙家栋平常好学、好奇、好动脑的习惯在此时派上了用场，他镇定自如地作了正确的回答。正当陪考官们惊诧不解的时候，涅卡耶夫突然醒悟到考卷拿错了，他也正奇怪孙家栋怎么对没有学过的课程能作出正确的回答呢。也因此涅卡耶夫院士和众多陪考官纷纷对孙家栋投去赞赏的目光。他们为孙家栋这样的学生而高兴，为中国学生的勤奋学习精神而赞赏，为茹科夫斯基空军工程学院拥有这样的学生而自豪。
茹科夫斯基空军工程学院有个传统，就是把每年年终考试获得全优的学生照片放入“明星榜”。如果年年都能连续保持，他的照片便会一年往上挪一次，并且照片一年比一年大。但是，随着照片越来越大，能在“明星榜”上出现的照片数量也将越来越少，照片到了顶头，也意味着此学生该毕业了。此时，顶头照片的获得者将会获得一枚纯金质的“斯大林奖章”。孙家栋凭借刻苦好学和聪明才智，年年全优、年年榜上有他的照片。他的照片一直稳步地升到顶头。
就在他学成回国的前一年，毛泽东主席访问了苏联。
1957年11月17日，是一个非同寻常的日子，恰是莫斯科的初冬，地上积了厚厚的一层雪，当时正在莫斯科访问的毛泽东主席与中国在苏联的留学生会面。参加会见的学生有3000多人，当时莫斯科大学的大礼堂没有那么多的座位，坐不下的同学就挤在座椅的过道上，而孙家栋他们一行军官学员被安排在礼堂离主席台最前方的位置，大家都在焦急而兴奋地等待着毛泽东主席的接见。
下午6时许，毛泽东主席迈着稳健的步伐走进了礼堂。这一刻，孙家栋在最近距离见到了祖国的亲人，见到了敬仰已久的伟大领袖毛泽东主席。
孙家栋回忆，“我当时28岁，能见到毛主席心情非常激动。主席说：‘世界是你们的，也是我们的，但是归根结底是你们的。你们青年人朝气蓬勃，正在兴旺时期，好像早晨八九点钟的太阳。希望寄托在你们身上。’这番话让我大受鼓舞”。
毛泽东主席的讲话不仅鼓舞着孙家栋这批留苏学生，而且一直鼓舞着中国的青年们。
1958年4月，孙家栋结束了在苏联6年8个月的苦读，带着“斯大林奖章”的殊荣，坐上了回国的列车。