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清华大学航空学科的发展可以追溯到上世纪30年代，在机械工程系下设航空研究所，1938年成立航空系，它培养了一大批优秀人才，为我国航空学科的创建和航空科技的发展做出了重要贡献。在50年代初高校院系调整中，根据国家的统一安排，航空系迁出清华大学，参与组建北京航空学院。50年代末，为了发展以“两弹一星”为代表的国防高技术，清华大学又先后成立了工程力学数学系和自动控制系，开展相关的科学研究和人才培养。改革开放后，清华大学在有关部门的支持下设立了航天基金，鼓励教师进行有关航天航空领域的科研工作。

从上世纪90年代开始，在创建世界一流大学的进程中，根据国家发展的战略需求和世界科技发展的趋势，清华大学明确提出了积极参与国防科研、发展航天航空学科的目标，并抓住“985计划”的良好契机，在“985”一期建设中对该领域研究进行了高强度投资。1998年，学校成立了跨院系的宇航技术研究中心，“航天清华一号”微小卫星和“纳星一号”已分别于2000年和2004年发射成功。

在人才培养方面，我院先后开办了飞行器设计与工程、工程力学与航天航空工程等专业，开设了“航天航空与新军事变革”等课程，并通过国防生、定向生等方式培养高层次、高素质的专业人才。为适应我国对航天航空领域高素质人才培养和战略高技术发展的迫切需求，进一步集成并发挥我校多学科综合优势，以整体性、高水平的航天航空科学技术研究为结合点，全面带动各相关学科的建设和发展，经过长期酝酿和精心筹备，2004年5月18日，清华大学航天航空学院正式成立。