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1965年，“老五院”集体转业，脱下军装，被改编成第七机械工业部。同年，七机部制定了地地战略导弹长远发展规划，也就是“八年四弹”规划，即在1972年之前搞出4种导弹：中近程导弹、中程导弹、中远程导弹和洲际导弹4个型号的战略导弹。正是有了这个规划，大家齐心协力，一步步地前进，就是在“文化大革命”期间那么乱的情况下，也没有停止过研制工作。如果没有这个规划，就不可能有后来的成果。“八年四弹”规划是一个循序渐进、不断发展的规划，每一个型号都在技术上登上了一个新台阶。
在这之前，正当中近程地地导弹（改进型）做定型试验时，1964年10月16日，我国第一颗原子弹爆炸成功。当时几个核大国说，中国虽然有了原子弹，但没有运载工具，就像“有了子弹而没有枪”，不承认中国是核大国。实际上，我国已经有了自行设计的中近程导弹，只是还未公布而已。
早在1959年6月，苏联政府终止原有协议时，中共中央便下决心自己动手，搞出原子弹、氢弹和人造卫星。当时邓稼先担任原子弹的理论设计负责人，一方面部署同事们分头研究计算，另一方面自己也带头攻关。邓稼先不仅在秘密科研院所里费尽心思，还经常到飞沙走石的戈壁试验场去。1964年10月，中国成功爆炸的第一颗原子弹，就是由他最后签字确定了设计方案。他还率领研究人员在试验后迅速进入爆炸现场采样，以证实效果。
1965年3月，周总理主持的中央专门委员会决定以改进后的中近程导弹进行两弹结合的热试验。周总理非常关心两弹结合试验的安全问题。导弹的弹道将跨过兰新铁路，有上万居民需要临时转移，安全问题很重要。总理要求大家一定要做到“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”，这16个字后来就成为梁思礼和同事们抓质量和可靠性的指导方针。
1966年，由梁思礼负责带队在基地发射中近程地地导弹（改进型）8发定型弹后，领导决定让梁思礼继续留在基地接着参加两弹结合试验。两弹结合的试验确实是史无前例的，风险很大，国外都未曾在本国国土上做过这样的试验。美、苏也曾进行过类似的带真原子弹弹头的导弹试验，但他们都是向大洋里发射的，而当时我国还不具备向大洋里发射的条件。在本国国土上试验，在世界上也是第一次，风险之大是不言而喻的。
大家兢兢业业、一丝不苟，对元器件认真筛选，对弹上设备和部件的加工、装配、调试、检验做到精益求精。梁思礼在协调二、七机部电路图时，为确保安全，提出在线路中增加一个防静电电阻，双方同意后实施，这是跨部级设计项目中电磁兼容性设计的开端。最后他们按规定时间完成了一批优质的导弹，运往试验基地。为了确保试验的万无一失，先专门发射一发导弹，考验安全自毁系统，以防万一出现故障，即刻由地面发出自毁指令把导弹炸掉。
这次试验是成功的，也是唯一的一发在没有出现故障的情况下安全自毁的导弹。接着又进行了两次“冷试”（不装核燃料），均获得成功。至此，两弹结合热试验（装核燃料进行核爆炸）的一切准备工作就绪。
中近程地地导弹的射程是1200公里，大家从二基地向罗布泊基地发射，两地距离约1000公里。开始，弹头是在一个阵地做准备工作，导弹是在另一个阵地；然后将它们运到发射阵地，对接之后竖立起来。梁思礼和同事们就是在这种头顶原子弹的危险情况下，有条不紊、一丝不苟地进行测试、加注等发射前的准备工作的。虽然二机部确保原子弹已加上多重保险，即使意外落地也不会发生核爆炸，但产生核污染是避免不了的。但是，大家谁也没有多想，都把个人生死置之度外，为了发射成功依然井井有条地忘我工作着。在倒计时半小时时，绝大多数同志都撤离现场，地下室仅留少数的发射指导员和技术人员，这些留在控制室工作的同志都写了遗书，缴了可能是“最后一次”的党费，义无反顾地进入地下控制室。
1966年10月27日，这一天天气特别晴朗，戈壁滩上刮着大风，非常冷。聂荣臻元帅亲临酒泉发射基地。
发射的时刻到了——导弹与装有原子弹的实战弹头对接，导弹在点火后带着原子弹弹头缓缓升起、转弯，飞向目标，飞行非常稳定，最后精确地在目标上空实现核爆炸，作为目标的标志塔立即笼罩在巨大的蘑菇云之中。
两弹结合试验圆满成功！冷风中大家热血沸腾、百感交集。周总理一直在电话机旁等着聂帅的报告。《人民日报》很快就刊载了这一消息，新中国震撼了全世界！在中国本土上进行导弹核武器试验，这在世界上是绝无仅有的。
试验成功后，梁思礼和同事们与聂荣臻元帅一起合影。茫茫戈壁滩上，五星红旗迎风飘扬，大家脸上都带着踌躇满志的欣慰笑容。
中近程地地导弹（改进型）与原子弹的结合，说明我国有了导弹核武器。也就是说，我国不仅有了自制的“子弹”，也有了自制的“枪”。中近程地地导弹（改进型）完全脱离了苏联的模式，全部是由我国自行制造的。通过两弹结合，我们有了第一代战略导弹核武器。换言之，中国成为继美、苏、英、法之后的第五个拥有核武器的国家。
中近程地地导弹（改进型）与原子弹的结合试验工作结束后，七机部研究所同时转到中程地地导弹、中远程地地导弹的研制中，梁思礼也就直接转到远程运载火箭的预先研究工作上了。
通过两弹结合试验，中近程地地导弹（改进型）正式定型，准备交给二炮装备部队，并于1967年开始小批量生产。这时，“文化大革命”已经开始，生产管理很混乱。在7月首批战斗弹的批次性抽检飞行试验的3发导弹中，1发成功，2发失败。而且故障现象很奇怪——一发导弹在正常飞行一段后，突然向前翻滚，像体操运动员那样在空中连翻了7个跟头，落在发射台前160多米处；另一发情况更严重，导弹在刚起飞不久就向前翻滚，像跳水运动员那样落在发射台前面不远的地方。不知它们出了什么问题。当时，成批导弹已生产出来却无法交付给部队，压力非常大，因为国家急需装备部队。而且由于这一批是战斗弹，没有装遥测设备，只有光测的外弹道数据，无法分析出故障原因。
由于梁思礼对中近程地地导弹（改进型）比较熟悉，军管会就把他从远程运载火箭研制中调回来处理这个难题。大家研究认为，没有遥测数据很难分析，所以决定把两发战斗弹改装成遥测弹，再打遥测弹进行分析。还好，打遥测弹时又再现了翻跟头的同样故障。这次除了光测、雷达测量的外弹道数据外，还获得了宝贵的遥测数据。部、院领导决定由梁思礼带头组成故障分析小组，进行事故分析。有了遥测参数和外弹道参数，可以对其进行综合分析了。
最后，梁思礼和13所的滕人忠研究员费了很多心血，才彻底从根本上搞清楚了原因——正常情况下，水平陀螺仪处在惯性空间，会受到地球自转的影响。当导弹竖立在发射台上，水平陀螺仪受到地球自转影响，产生漂移；但修正电路可以不断地修正，使其不产生漂移，陀螺的电刷控制在正负10度的中间，则俯仰电位计的电刷不至于碰到挡钉。但是，修正传感器的电刷压力不够，使刷子脱离了修正板，不起修正作用，那么导弹在发射台上停留时，水平陀螺受到地球自转影响产生的漂移修正不回来；导弹刚起飞，基准坐标已经变了，仰俯电位计的电刷也偏到一边靠近挡钉。导弹立起后，发射时间有时会延误，导弹在发射台上停留的时间越长，电刷离挡钉越近；导弹起飞后，俯仰程序开始没多久电刷就碰到挡钉，基准坐标全乱套了，导弹就向前翻滚。导弹发射后翻滚时间有早有晚，与发射推迟的时间有关，停留的时间越长，翻滚的时间越早。从遥测和外测数据也可分析出基准坐标的不正常变化。这样故障就彻底查明了，其产生的机理也搞清楚了。结果其实很简单，就是因为没有按照正常的工艺制造——工人在装配水平陀螺仪修正电刷时，固定螺钉少拧了1.5圈，导致电刷压力不够，水平陀螺修正电路不通，最终引起故障。
故障查明后，按照工艺要求，对已成批生产的战斗弹一方面加强陀螺电刷的工艺检验，把刷子的固定螺钉拧好，同时又增加了水平陀螺内环修正监视电路，保证电刷如果脱开就会及时发现，这个问题就彻底得到了解决。
正是由于航天人的不畏困难、认真细致和严谨务实，才能及时分析出故障原因并进行有效处理。经过改装后的导弹连续多次飞行试验成功，于1969年正式装备部队，成为第一代为我国国防站岗放哨的战略核导弹。