1960年5月，郭永怀调到二机部核武器研究所任副所长，担负起了核武器的研制工作。当时的工作地点海拔3800米，生存环境极其恶劣。因为缺少设备，郭永怀就和同事们手工制作烈性炸药。这种具有高腐蚀性的炸药极不稳定，很容易爆炸。一次意外，郭永怀的五位同事在制作炸药的过程中不幸遇难。

1964年至1967年，中国第一颗原子弹和第一颗氢弹相继爆炸成功。可以说，郭永怀和他的同事们用汗水甚至生命换来了我国国防事业的跨越式发展。此后，郭永怀和他的同事们，开始筹划我国第一颗导弹热核武器的试验工作。郭永怀常常往返奔波于北京和青海核武器研制基地。

1968年12月5日凌晨，郭永怀从青海核武器研制基地赴北京汇报工作，因飞机失事不幸遇难，享年59岁。

正是依据这份郭永怀用生命保护的重要资料，在他牺牲的22天后，我国第一颗热核导弹试爆成功。1970年4月，由郭永怀参与设计的东方红一号人造卫星成功发射。他无私奉献、以身许国的精神激励着一代又一代的中国人。

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