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各种异常状态下不发生核爆炸；飞行“冷”试验的时间可安排在10月15日前后，试验的详细结果要在两、三天内报来，报请毛泽东主席最后下决心。《当代中国的国防科技事业》（上），第251页。10月13日，第一次飞行“冷”试验成功。10月15日，周恩来指示，如气象许可，再进行第二次“冷”试。试后，张震寰可飞至试验基地进行现场检查，然后带回所有有关人员飞京汇报。10月16日，第二次飞行“冷”试验成功。现场检查之后，张震寰、钱学森、李觉、谢光选、龙文光等飞回北京。
1966年10月20日，人民大会堂福建厅，周恩来召集专门会议，与聂荣臻、叶剑英、杨成武等一起听取了张震寰关于检查发射区和弹着区试验准备情况的详细汇报，并与到会的有关部门的负责人和专家，对这次试验的准备情况和安全问题，再次进行了全面检查。外国人说中国光有原子弹，没有运载工具，这是嘲笑中国有弹没枪。这次试验是在本国国土上用导弹把原子弹打出去，让世界认识中国。唯其如此，周恩来特别强调要保证万无一失，并委托聂荣臻赴发射现场主持这次具有重大意义的试验。周恩来说：凡想到的问题都要检查到，一切缺陷都要弥补好，要做到所有检查结果都没有问题，尽最大努力使试验获得成功。在该做的都做好了之后，也要敢于冒一定风险，无限风光在险峰啊，要沉着地打好这一仗。同上书，第75页。10月25日，聂荣臻到达西北综合导弹试验基地。10月26日，试验党委研究确定27日9时为发射时间，报经周恩来批准。
1966年10月27日，装有核弹头的中近程地地导弹点火发射，核弹头在预定地点上空实现了核爆炸，试验获得圆满成功。聂荣臻回忆说：“我先到了导弹试验发射基地，在发射架下面和控制室里详细地听了专家们的汇报，目睹了我国第一枚导弹核武器准时发射成功。发射后，我又赶到原子弹试验基地，观看了导弹核武器准确命中目标区和核爆炸后的情况和结果。我为我们这样一个长期落后的国家终于掌握了这种尖端武器而欣慰和自豪。”《聂荣臻回忆录》（下），第821页。
从1964年10月16日第一颗原子弹爆炸成功，到1966年10月27日“两弹”结合试验成功，中国只花了2年零11天的时间。
此后，我国的导弹、运载火箭的研制，虽经“文革”动乱的磨难，但在周恩来领导的中央专委的具体负责下，仍不断取得重大发展。
1966年12月26日，中程地地导弹首次发射试验成功。1967年3月2日，周恩来批准在东北地区建设中远程地地导弹试验场。1970年1月30日，中远程地地导弹首次飞行试验成功。1971年11月15日，中远程地地导弹全程飞行试验成功。在地空导弹、舰舰导弹研制方面，1967年7月10日，红旗2号地空导弹武器系统定型。1967年8月2日，上游1号舰舰导弹生产定型。1967年9月，我防空部队用国产新型地空导弹把改进了的美国高空侦察机击落下来。
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太空，中国不能缺席！（1）
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中国的第一颗原子弹试验之前，新疆罗布泊的上空不时有外国的侦察卫星掠过。中国国土上进行的每一次导弹飞行试验、核武器试验，每一项大规模的工程项目，美国和苏联都不告自知，披露报端。他们的侦察卫星已经对中国的国土进行了地毯式的拍摄，这不是什么秘密。卫星，中国需要研制人造卫星！太空，中国不能缺席！“礼尚往来”，这是周恩来处理国与国关系的一条重要指导思想。1957年10月11日，周恩来说，中国的《礼记》上说“来而不往，非礼也”。你们诸位友好地来，我们也友好地去。岸首相送来一个不友好的礼，我们也回敬了他。1963年4月24日，他再次阐明这一思想：中国有句古话，“来而不往，非礼也”。你对我不好，欺侮我，逼得我不得不有准备，要进行回击。否则，就会把我们看成为懦弱可欺。《周恩来外交活动大事记》第219、 357页。世界知识出版社1993年版。“礼尚往来”，中国要有自己的卫星回访美国、苏联的上空。
早在1957年苏联人造地球卫星上天后，中国一些著名科学家就积极倡议开展人造卫星的研究工作。1958年5月17日，毛泽东在党的八大二次会议上发出了“我们也要搞人造卫星”的号召。随后，聂荣臻责成中国科学院和国防部五院负责人张劲夫、钱学森、王诤，组织有关专家拟订人造卫星发展规划。1962年底，周恩来领导制定1963—1972年科技发展规划时，安排了人造卫星的研制计划。
我国为发展人造地球卫星正式开展工作，是在1965年5月周恩来主持召开的第12次中央专委会议之后。1965年元旦前后，著名气象学家和地球物理学家赵九章和著名科学家钱学森先后提出了研制人造卫星的建议，得到了聂荣臻的赞同。国防科委为此专门组织了可行性论证并报告了中央专委。5月，中央专委批准了这个报告。8月，中央专委原则同意中国科学院提出的发展人造卫星的规划方案和第一颗人造卫星在1970年左右发射的安排。
到1970年1月，我国先后完成了运载火箭、卫星的研制和地面台站第一期工程的建设。2月，国防科委下达了发射东方红1号卫星的任务。酒泉卫星发射中心随即制订试验方案，组织试验队伍，开展卫星综合操作演练，进行试验设备质量检查和测控安全系统联试、校飞。3月底，东方红1号卫星和长征1号运载火箭运至酒泉卫星发射中心。4月10日，完成星、箭的技术测试，待命转运。4月中旬，周恩来在京主持会议，通过各方论证，认为可以发射，并征得在京中央政治局人员同意。4月16日，周恩来电话通知国防科委：中央同意对卫星发射的安排，批准卫星和运载火箭转运，每天要及时报告情况。17日下午，卫星和运载火箭转运至发射场，开始进行发射前测试。测试中发现卫星超短波信标机主载波功率下降，谐波功率增大的问题，经校正和更换仪器后，获得解决。
4月23日，国防科委向周恩来呈送了批准发射我国第一颗人造卫星的报告，“建议批准我们根据气象条件于四月二十四日下午九时或二十五日上午五时发射我国的第一颗人造卫星。”
4月24日7时，周恩来报告毛泽东：“现拟同意于今夜发射，请主席批示。”对发射中心，中央专委批准加注，实施发射。毛泽东接读周恩来的报告批示：“照办”。15时许，周恩来电话告罗舜初：毛泽东主席已批准这次发射，希望大家鼓足干劲，过细地做工作，要一次成功，为祖国争光。周恩来的指示，通过指挥调度电话迅速传达到各个岗位，使每一个参试人员都受到极大鼓舞。20时，控制室在对星、箭进行最后检查时，突然发现卫星应答机对地面触发信号失去反应。周恩来接到电话报告后，同意推迟发射，并强调必须把应答机故障认真解决好。发射人员沉着冷静地进行检查分析，很快找到了故障点，并加以排除。21时16分，周恩来获悉应答机故障已妥善解决时，满意地指出：关键是工作要准确，不要慌张，要沉着，要谨慎。周恩来的亲切关怀，更加坚定了参试人员的信心。21时35分，长征一号运载火箭吐着烈焰，直上云天。21时48分，星、箭分离，卫星入轨。接着，湘西站、海南站将接收录制的《东方红》音乐信号磁带，专机送往北京，由中央人民广播电台向全世界广播。23时20分，周恩来审批完国防科委送来的卫星发射成功的新闻，乘专机飞往广州，参加第二天由越南、越南南方、老挝、柬埔寨领导人召开的“三国四方”会议。周恩来在会上宣布：“为了庆祝这次会议成功，我给你们带来了中国人民的一个礼物，这就是昨天中国成功地发射了第一颗人造地球卫星。”参见《当代中国的国防科技事业》（上），第437页。
东方红1号卫星发射成功，使中国成为世界上第五个能发射人造卫星的国家。卫星运行期间获取的大量技术数据，为以后卫星的研制、发射、跟踪、测量提供了依据和经验，它标志着中国航天事业的一个新起点。为了这个新起点的到来，周恩来和广大科技人员一起花费了多少心血啊！
我国第二颗卫星——实践1号卫星，是在东方红1号卫星的基础上研制的一颗科学考察卫星。这颗卫星在1970年下半年就已开始准备，因总装过程中发现一些问题没有解决，周恩来主持专委会决定停止启运，要国防科委再次进行测试，排除各种障碍后才运往酒泉卫星发射中心。到场后，经过现场测试，又经过将卫星送到发射场竖起测试，报告已能保证发射。3月1日夜，周恩来召集专委会由回京的李福泽、钱学森及工程技术人员和老工人共17人作了一次汇报，又看了卫星换形实体。大家认为与第一颗卫星准备情况差不多，最后同意李福泽、钱学森等回酒泉卫星发射中心后，视气象许可条件在检查后进行加注液体燃料。3月2日晚，李福泽、钱学森等乘飞机回酒泉卫星发射中心，根据气象预报和检查结果，决定3月3日6时起加注，20时发射。3月3日11时35分，周恩来将上述情况书面报告毛泽东，毛泽东圈阅了报告。
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太空，中国不能缺席！（2）
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3月3日20时零3分，实践1号卫星上天，20时12分进入预定的椭圆轨道。但卫星入轨后，全国各地的遥测站均未收到用太阳能电池打回的小遥测信号，用化学电池打回的大遥测信号也很微弱。为此，周恩来于3月5日7时致信毛泽东，分析了原因，并提出暂不发表消息。3月5日下午至3月8日下午，周恩来访问河内。回北京后，他一直关注着小遥测信号能否出现。3月11日，当实践1号卫星围绕地球运行第101圈后，全国各遥测接收站均收到很强的两种遥测信号。原来是卫星和第三级火箭在解锁螺栓起爆后，没能立即分离，遥测天线未能伸展，待星、箭分离，天线展开后，信号恢复正常。3月16日10时，周恩来再次致信毛泽东等，指出：“这颗卫星不仅大于第一颗，而且测试项目标和主要任务多已达到了，故经与国防科委商量，政治局同志会谈时也都主张发表。”当天，由新华社发布了新闻公报。
实践1号卫星设计寿命为一年，实际上在空间运行了八年多。其间，太阳能电源系统、热控系统以及长期遥测系统的性能一直保持良好，经受住了长期空间环境的考验，为中国发展长寿命应用卫星提供了依据。
1975年11月26日，中国用长征2号运载火箭首次发射成功返回式遥感卫星，并于当月29日按预定计划返回地面。这使中国继美国、苏联之后，成为世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。此后，我国又多次发射成功返回式遥感卫星，获取的大量资料在国防建设和经济建设中得到广泛应用。
周恩来生前还高度重视发展中国的气象卫星和通信卫星。
中国历来是气象灾害多而又严重的国家，发展气象卫星，提高气象预报的准确性，具有重要意义。1969年1月29日，周恩来指示，在我们的卫星没有出来以前，要想办法接收国外卫星传递的气象情报，而且应该搞我们自己的气象卫星。1972年7月30日，他询问：“收听国际