1962年11月，在**中央领导下成立了以周恩来为主任的专门委员会，有七个副总理、七个部长参加（贺龙、李富春、**、薄一波、陆定一、聂荣臻、罗瑞卿、赵尔陆、张爱萍、王鹤寿、刘杰、孙志远，段君毅、高扬），领导我国的原子能工业建设和核科技工作。当时的国防部部长**曾经提出一个主张，叫做“两弹为主，导弹第一”。这个主张没有重点，使下面捉摸不透。周恩来在专门委员会第二次会议上，明确提出了“先抓原子弹”的战略思想。在1962年12月4日的专门委员会第三次会议上，周恩来原则同意了二机部关于爆炸第一颗原子弹准备工作的“两年规划”。这个规划在1963年3月的专门委员会会议上被正式批准。周恩来提出了“三高”的指导思想，即高度的政治思想性、高度的科学计划性、高度的组织纪律性。
1964年我国第一颗原子弹爆炸试验那一天，周恩来派张爱萍为现场总指挥，全权负责处理可能出现的问题。周恩来和贺龙、聂朵臻在北京，亲自在电话机旁听着现场指挥口令和倒数时间的声音。张爱萍在核试验场手持话简向周恩来准确地回答提问和报告情况。试验取得了成功，中华民族精神为之大振。世界友好国家和人民，纷纷向我国表示热烈祝贺和同情支持。周恩来说：我们原子弹一响，美国的冲绳基地就向关岛迁移了。他问二机部部长刘杰研制氢弹的安排考虑。刘杰答：现在还有许多问题吃不透，大约需要三五年时间。周恩来说，五年是不是太慢了？
从原子弹到氢弹，美国用了七年零四个月，苏联用了四年，英国用了四年零七个月，那时法国已经研制了四年多，还没有搞成功。各国对研制氢弹的技术都严格保密，只字不漏。二机部经过反复论证，向中央专门委员会呈报了《关于加速发展核武器问题的报告》，把原理探索作为突破氢弹技术的首要措施，得到了周恩来的首肯。1965年2月3日和4日，周恩来主持第十次专门委员会议审议并批准了这个报告，决定：“力争于1968年进行氢弹装置的爆炸试验。”也就是说，要以比美、英、苏都快的速度把氢弹研制出来。
在氢弹的研制过程中，周恩来为大家制定了工作指导方针：“严肃认真，周到细致，稳妥可靠，万无一失。”这十六个字充分体现了周恩来一再强调的要“保证产品的高质量”和“绝对保证安全”的思想。他还制定了一系列指导方针，其中最重要的是1965年3月20日专门委员会议上他提出的“我们反对核讹诈和核威胁，不主张搞几百次核试验，因此我们的核试验都要从军事、科学、技术的需要出发，都要做到一次试验全面收效”。按照这个方针，我国从1964年10月到1987年6月的近23年时间里，只进行了33次核试验，而美、苏几十年来分别进行了800多次和600多次核试验。
1967年6月17日，我国成功地进行了一次300万吨级的空投氢弹试验，提前实现了原定的1968年进行氢弹试验的目标。从原子弹到氢弹，是一个质的飞跃。实现这个飞跃，我国用了两年零八个月，与美、苏、英、法比，速度是最快的，技术水平也比美、苏首次试验的氢弹水平高。
以周恩来为首的专门委员会，最初只管核武器研制：1964年开始也管航天事业了。第一颗原子弹爆炸成功后，周恩来要以此带动尖端事业的全面发展，并把专门委员会的工作转移到战略导弹和人造卫星上来。他说：“下半年重点抓战略导弹。要从东风二号抓起。”对于原子弹，他指出：要加速小型化，我们要真正制止核讹诈，就必须有自己的真正核威慑力量。在当时，要真正具有核威慑力量，核弹就必须能装在导弹上，否则是不行的。1966年10月27日，我国进行了原子弹和导弹结合的试验，导弹装上真的核弹头，在自己国内从发射场打到降落地。聂荣臻亲自指挥了这次试验，试验获得了成功。
周恩来又提出：“两弹结合进展顺利，接着要抓战术导弹（地空、海防）。”这也是他的用突破战略武器来推动发展战术武器的思想。专门委员会的第十三次会议上，确定了战略、战术导弹共有十几个型号。周恩来进一步明确工作重点，指出战术武器的研制工作，“要为地空导弹让路”。在1965年12月29日至31日的第十四次专门委员会议上，周恩来还明确提出要求说：“明年是导弹年，要有收获”，“明年中程、高空、核弹头，有对空的、对航的、低空的，后年要出更大成果。”到1967年9月，我国防空部队终于用自己国产的新型地空导弹，把改进了的美国高空侦察机击落了下来。
也是在这期间，专门委员会原则批准了研制攻击型潜挺。
原子弹、氢弹、导弹、人造卫星的成功，是周恩来关于我国科学技术发展的正确思想在科学实践中的丰硕成果。这项工作，我国是从零开始的。钱学森说过：“大家想一想，假使中国没有原子弹、导弹，那中国是什么国际地位？”
周恩来对每次核试验、导弹试验和发射人造地球卫星，都要亲自听汇报，找专家咨询，仔细检查各方面的准备工作，要求把各种不利或意外因素都考虑到，采取最可靠的保险措施。他语重心长地告诉大家：核试验关系重大，绝不能有一丝一毫马虎，我们国家穷，做什么事，都要考虑到，略有失误，都会加重人民的负担。正是由于贯彻了周恩来的指示，我国的“两弹”试验和外国相比，事故最少，伤亡最小，成功率最高。后来，1970年7月，核动力陆上模式堆运行试验准备就绪，中央专门委员会进行讨论时，周恩来着重审查了启动运行的安全问题，井指出这是核动力的，也是奠定核电站的基础。这年11月的一次专门委员会会议上，他提出我国发展核电站应当遵循“安全、适用、经济、自力更生”的方针。1974年三四月间，他带病最后一次主持专门委员会会议，审查并肯定了上海的核电站建设方案。
我国的国防科研和国防工业，能够独立自主地顺利发展，十年动乱的严重破坏下也没有中断，并为大规模地发展科学技术创造了具有中国特色的成功经验，这是和周恩来的亲切关怀与正确领导分不开的。
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