1954年10月1日，在天安门城楼上，毛泽东对前来中国参加国庆五周年庆典的苏联领导人赫鲁晓夫说：“我们对原子能核武器感兴趣，今天想同你们商量，希望你们在这方面对我们有所帮助，使我们有所建树，总之我们也想搞这项工业。”赫鲁晓夫听罢一脸不以为然，他说：“搞那个东西太费钱了，我们这个大家庭有了保护伞就行了，无须大家都来搞它。”赫鲁晓夫的话即充满了不屑，也显示出了“老大哥”的优越感。最后，他只同意帮助中国造一个研究用的小型原子堆，并提出让中国派人去苏联学习相关技术。
赫鲁晓夫的态度令毛泽东深深感到，如果依赖“老大哥”的核保护，到头来只会受制于人，而苏联所说的“核保护伞”，无疑是对兄弟国家施加压力的工具。这样一来，中国的核事业不仅要面对帝国主义的封锁，也面临着苏联的限制。
一贯坚持独立自主的毛泽东，于1955年1月15日主持召开中央书记处扩大会议，专门听取了地理学家李四光、核物理学家钱三强关于中国原子能科学现状，贫矿资源情况的汇报以及有关核反应堆、原子武器、原子能和平用途的讲解，指出：“我们只要有人又有资源，什么奇迹都可以创造出来”，并当即拍板决定着手发展我国的原子能事业，研制核武器，从此开始了中国核力量建设的第一步。
1955年，著名科学家钱学森从美国回国后，毛泽东第一时间在菊香书屋接见了他，刚一见面，毛泽东就紧紧握住有点拘谨和紧张的钱学森的双手说：“盼了你好久啰，我们的工程控制论的创始人和火箭专家！”接下来毛泽东虚心地听取了钱学森在科学研究方面的意见，并授予钱学森当时许多经历过长征的老红军也未得到的少将军衔。随后怀有报国之心的中国科学家迅速地在钱学森周围汇集起来，开始了我国独立研制“两弹”的工作。
以两弹为代表的尖端武器，是近代各种科学技术成果的高度结晶，其复杂程度几乎牵涉到国民经济的所有生产部门，为此，毛泽东于1956年初发出了“努力改变我国在经济上和科学文化上的落后状况，迅速达到世界上的先进水平”的号召。并在同年亲自主持制定了十二年科学规划，在军工方面就包括原子能、导弹等内容的武器装备发展规划。
中国发展核武器的努力，使赫鲁晓夫感到担忧，并认为是对苏联、美国主宰世界的一种挑战，当他提出建立长波电台、联合舰队等有损中国主权的要求遭到了毛泽东的严厉拒绝后，在1959年6月背信弃义地停止了向中国提供原子弹制造技术及样品，第二年又撤回了包括在中国核工厂工作的全部专家，撕毁全部257个科技合同，包括向我国提供原子弹火箭导弹样品的合同。
苏联专家撤走后，为偿还抗美援朝时期的苏联债务，我国国民经济又出现了严重困难，许多建设项目纷纷“下马”，在同年召开的国防工业会议上，就“两弹”研制工作是继续进行还是“下马”发生了争论。在此重要关头，毛泽东提出国防尖端技术仍要坚决“上马”，并明确指出：“要下决心搞尖端技术，赫鲁晓夫不给我们尖端术极好，如果给了，这个账是很难还的！”从而保证了“两弹”研制能够在全国人民的大力保障下继续进行下去。
1960年6月10日，也就是苏联专家从中国撤走仅仅17天，在钱学森的领导下，用工程控制论作为指导，用国产燃料发射了中国第一颗近程弹道导弹，准确命中目标，一个多月后，国产近程导弹也相继升空，高度准确地命中目标。
1960年在钱三强的负责下，我国开始了对热核材料性能和热核反应机理的基础研究，经过无数具有献身精神的科学家的忘我奋斗，1964年10月16日，在风沙弥漫的新疆罗布泊试验场上，蘑菇云腾空升起，使亿万中国人欣喜若狂。两年后，导弹核武器的试验又大功告成。在第一颗原子爆弹爆炸成功后的7个月，中国又成功地进行了飞机空投原子弹空爆试验，有了可以使用的核武器。
1965年1月23日，毛泽东在听取汇报时提出：“敌人有的我们要有，敌人没有的，我们也要有，原子弹要有，氢弹也要快！”随着氢弹研制的关键难题的攻破，氢弹按照新的理论方案进行了设计研制，1967年6月17日8时20分，中国的第一颗氢弹爆炸成功，成为全世界第四个掌握氢弹技术的国家。
1957年至1958年1月，苏联和美国先后成功发射了人造地球卫星。1958年5月，毛泽东在八大二次会议上说：“我们也要搞人造卫星。”1964年6月，随着中程运载火箭试验成功，标志着我国已经具备了发射人造地球卫星的能力。考虑到人造卫星的国际政治影响，中国的第一颗卫星必须后来居上，要比苏联、美国的第一颗人造卫星重量大、寿命长、技术新，并且能够“听得见、看得着”。经过论证，决定以《东方红》音乐代替无线电呼号，命名为“东方红1号”。为了能看见它，在未节火箭上设置了“观测裙”，使人们在听到《东方红》乐曲时，还可以观察到卫星在太空运行时的轨迹。
1970年3月，“东方红1号”卫星和“长征1号”运载火箭总装完毕，4月1日，装载着“东方红1号”卫星和“长征1号”运载火箭的专列抵达酒泉卫星发射场。4月24日凌晨，毛泽东批准实施发射，当晚9点35分，随着一声“点火”的号令，长征一号火箭在酒泉卫星发射基地将“东方红1号”人造地球卫星送入太空，晚上10点，卫星火箭分离正常，卫星进入轨道那一刻，“东方红1号”卫星播送的《东方红》乐曲响遍全球。
在毛泽东亲自主导下，中国抓“两弹一星”建设的进程实现了超越式起步，使我们这个没有现代国防工业基础，在建国时连一辆汽车，一架飞机，一辆坦克都不能生产的国度，竟在十几年内跨入了有核国家的行列，其中从第一颗原子弹到第一颗氢弹，美国用了7年零4个月，苏联用了3年零11个月，英国用了4年零6个月，法国用了8年零6个月，而中国只用了两年零8个月，其中，苏联第一颗卫星83.46公斤，美国的第一颗卫星8.22公斤，还是哑巴，中国的卫星173公斤，并且“看得见，听得见”，堪称世界科技史和军事史上的奇迹。
几十年后的中国人在回顾毛泽东当年发展尖端武器的决策时，仍然不能不为他那超乎寻常的自立于世界民族之林的雄心所感动。也可以说，如果六十年代中国没有原子弹、氢弹，没有发射卫星，中国就不能叫有影响力的大国，就没有今天这样的国际地位，正是由于中国有了自己的尖端武器，有了和平自卫手段，从而对保证国家安全起到了难以估量的作用。虽然从毛泽东时代起至今，中国始终坚持不首先使用核武器，也希望世界上永不爆发核战争，但中国拥有的核武器确实成为维护民族独立和国家安宁的无价之宝。
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