這樣，利用每一階段的實際計算結(jié)果與蘇聯(lián)提供的資料數(shù)據(jù)進行比對，以此驗證計算方法和計算公式的正確性，為后期自行研制摸索經(jīng)驗。

1960年8月，孫家棟被任命為導(dǎo)彈型號總體設(shè)計室主任，他隨“東風(fēng)一號”導(dǎo)彈試驗隊赴酒泉發(fā)射基地參加發(fā)射任。11月5日，中國第一枚仿制的近程地地導(dǎo)彈發(fā)射上天，獲得圓滿成功。當(dāng)時擔(dān)任國家航空委員會主任的聶榮臻元帥親臨導(dǎo)彈發(fā)射現(xiàn)場，當(dāng)導(dǎo)彈點火升空，按預(yù)定計劃圓滿完成飛行試驗后，坐在指揮臺旁的聶帥激動地站起來說：“這是在中國地平線上飛起的中國人自己制造的導(dǎo)彈，是參加研制和發(fā)射試驗的廣大工人、技術(shù)人員、干部、解放軍指戰(zhàn)員辛勤勞動的結(jié)果，也是我軍武器裝備史上的一個重要轉(zhuǎn)折點。”確實像聶帥所說，中國沒有洋拐棍，依然可以昂首挺立，中國導(dǎo)彈的發(fā)射成功猶如一部歷史，它把一個飽受欺凌的民族尊嚴(yán)和志氣書寫到了浩瀚無邊的太空。中國從此擁有了自己制造的導(dǎo)彈，填補了導(dǎo)彈這個尖端武器的空白。孫家棟此時的心情異常激動，這成功的背后也同樣有他的心血。與此同時，自行設(shè)計的中近程導(dǎo)彈也進入了緊張的組裝階段。

1962年3月21日，我國自行設(shè)計研制的第一枚中近程導(dǎo)彈首次發(fā)射，由于控制系統(tǒng)失穩(wěn)，導(dǎo)彈剛剛起飛就墜毀在導(dǎo)彈發(fā)射臺附近。孫家棟立即投入到故障査找、故障分析和方案設(shè)計改進的緊張工作中。他們從總體方案設(shè)計入手，使用剝竹筍一樣的方法，一層一層對各個分系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)以及可靠性進行分析試驗，并且根據(jù)故障現(xiàn)象反復(fù)進行模擬驗證試驗，很快找出并確定了導(dǎo)致失敗的原因。失敗的原因雖然找到了，但改進設(shè)計的處置辦法卻成了難題，尤其是導(dǎo)彈飛行產(chǎn)生的彈性振動對控制系統(tǒng)的影響，要在許多方面進行試驗驗證和改進。他們從失敗中找出教訓(xùn)，在教訓(xùn)中認(rèn)真進行修改設(shè)計，經(jīng)過改進后的導(dǎo)彈，先后完成了發(fā)動機性能試驗，發(fā)動機可靠性試驗，控制系統(tǒng)仿真與綜合試驗，控制系統(tǒng)與遙測系統(tǒng)匹配、模擬試驗，導(dǎo)彈全彈振動搬等17項大型地面試驗。

當(dāng)時孫家棟在導(dǎo)彈研制隊伍里雖然還是一個年輕小伙子，但在安排工作時，領(lǐng)導(dǎo)們卻在不斷給他“加碼”實際上是有意在培養(yǎng)他。孫家棟留學(xué)蘇聯(lián)的同窗劉從軍回憶，在中國研制導(dǎo)彈武器的初期，他與孫家棟同在總體部從事導(dǎo)彈總體工作，為了加快中國導(dǎo)彈事業(yè)的發(fā)展速度，上級抽調(diào)了4名技術(shù)骨干進行中國地地導(dǎo)彈發(fā)展規(guī)劃的編制，劉從軍和孫家棟都被抽調(diào)過來，當(dāng)時劉從軍擔(dān)任總體部副主任，孫家棟擔(dān)任總體室主任，在地地導(dǎo)彈發(fā)展規(guī)劃編制過程中，孫家棟思路開闊，出了許多好主意。諸如，導(dǎo)彈外徑尺寸的確定，導(dǎo)彈推進劑使用可貯存化學(xué)燃料，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)采用慣導(dǎo)，遙測加大數(shù)據(jù)量，導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)強度的桁條薄殼理論，以及導(dǎo)彈中程、遠程、洲際射程的距離界定，多級導(dǎo)彈的級數(shù)，導(dǎo)彈發(fā)動機推力數(shù)量、噸位等都是孫家棟最早提出來的建議。時過境遷，歷史車輪轉(zhuǎn)過了45年，但這些重大技術(shù)方案卻一直沿用至今。劉從軍說他作為當(dāng)時報告的執(zhí)筆人，對孫家棟所起的作用和功績最清楚。當(dāng)時的報告報到錢學(xué)森那里后，錢學(xué)森將報告定名為《彈道導(dǎo)彈發(fā)展技術(shù)途徑》，之后上報國防部五院批準(zhǔn)實施，為我國導(dǎo)彈、火箭的后續(xù)發(fā)展起到了重要作用。

劉從軍回憶說：那時候，國家導(dǎo)彈武器研究剛剛開始，由于初次接觸新事物，大家都沒有經(jīng)驗，在許多方面都是空白，誰的腦子好使，誰的點子多誰就是發(fā)明者。孫家棟的聰明度就是勝別人一籌，他首先提出新穎的設(shè)想，有了這樣一個基本的點子后大家再在一起討論，常常就萌發(fā)出了思路，然后一步步循序確定后就出了成果。可是當(dāng)點子變?yōu)楝F(xiàn)實，方案成為成果后就成了集體的了，大多都沒有初創(chuàng)者個人的名分，但幾十年來，從來沒有聽過孫家棟居功自傲，也從來沒有聽到孫家棟的任何埋怨。

1964年6月29日，孫家棟在發(fā)射基地參與了“東風(fēng)二號”導(dǎo)彈的發(fā)射試驗任。經(jīng)過修改設(shè)計后的導(dǎo)彈在酒泉導(dǎo)彈發(fā)射臺點火起飛，飛行試驗獲得圓滿成功。這次成功，對于中國的導(dǎo)彈事業(yè)的發(fā)展具有非常重要的里程碑意義。中國不僅掌握了導(dǎo)彈研制的關(guān)鍵技術(shù)，并且系統(tǒng)地摸索總結(jié)出了導(dǎo)彈研制的科學(xué)規(guī)律，提出了必須強化總體概念，設(shè)計方案必須在可行性論證和地面試驗的基礎(chǔ)上，以可靠性為出發(fā)點進行設(shè)計。就是從這時起，導(dǎo)彈總體隊伍的建設(shè)趨于成熟，總體隊伍的模式趨于合理。7月，孫家棟被任命為中國第一枚自行設(shè)計的中程戰(zhàn)略導(dǎo)彈的總體主任設(shè)計師，并且挑起了導(dǎo)彈總體設(shè)計部總體設(shè)計研究室主任的重任。之后，孫家棟又升任為導(dǎo)彈總體設(shè)計部副主任，當(dāng)時總體部主任是屠守鍔，孫家棟在短短的幾年內(nèi)由總體設(shè)計員升任為導(dǎo)彈總體部副主任，除了他的鉆研好學(xué)外，充分說明了他在工作中的突出表現(xiàn)和在領(lǐng)導(dǎo)、同事們心目中的地位。孫家棟所做的工作業(yè)績?yōu)橹袊鴮?dǎo)彈事業(yè)的發(fā)展添磚加瓦，做出了特殊貢獻。

孫家棟對航天總體的解釋說：“所謂總體，就是要用最可靠的技術(shù)、最少的代價、最短的時間、最有利的配合、最有效的適應(yīng)性和最有遠見的前瞻性，制定出最可行的方案，保證獲得最好結(jié)果的一種方法和體制。工程總體主要解決總體集成，根據(jù)國情進行切實可行的總體編制和總體設(shè)計，總體要建立在已有基礎(chǔ)和現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，還要為后續(xù)發(fā)展留有充分余地。新產(chǎn)品、新技術(shù)要提前安排攻關(guān)，研制計劃要與整個總體計劃相吻合，中國航天幾十年來走過的成功歷程充分說明了總體工作的重要性。”孫家棟還解釋道：“比如航天產(chǎn)品在研制過程中，某系統(tǒng)出現(xiàn)的問題影響到了其他系統(tǒng)的工作，就要立即進行協(xié)調(diào)。有時候，某分系統(tǒng)或子系統(tǒng)出現(xiàn)的問題看似很小，而與其他系統(tǒng)進行總體匹配后，就有可能出現(xiàn)理論上想象不到的復(fù)雜問題。如同桌子與椅子的配合，如果在桌子太高而椅子雖矮但屬于正常尺寸的情況下，一般處置方法是理應(yīng)降低桌子的高度，可如果降低桌子高度所花費的時間過長、實現(xiàn)的難度過大時，就要從總體角度出發(fā)滿足最后的目標(biāo)，所以就有可能逆向思維，不降桌子而升椅子的高度來實現(xiàn)桌椅之間的協(xié)調(diào)。”那時，各級領(lǐng)導(dǎo)都非常重視總體工作，錢學(xué)森不論工作多么繁忙，每周都要到孫家棟這個總體組來了解情況。孫家棟遇到問題也經(jīng)常隨時敲門直接找錢學(xué)森。那種融洽的上下級關(guān)系很令孫家棟感懷。

隨著國家整體科學(xué)技術(shù)水平的提高，中國依靠獨立自主、自力更生的建國方針，大膽采用新技術(shù)、新工藝、新材料，很快就具備了將自行設(shè)計制造的導(dǎo)彈發(fā)射上天的能力。

1965年2月，中央專委決定對中近程地地導(dǎo)彈進行改進，以增大射程。孫家棟領(lǐng)導(dǎo)的一院總體設(shè)計部與有關(guān)分系統(tǒng)設(shè)計的單位用了半年多時間，完成了中近程地地導(dǎo)彈的改型工作。經(jīng)過改進設(shè)計，減輕了全彈的結(jié)構(gòu)重量，增加了氧化劑自動補加裝置，將慣性和無線電混合的制導(dǎo)體制改為全慣性制導(dǎo)體制等，使導(dǎo)彈射程增大了2000，戰(zhàn)術(shù)撕生能也有所改善。

1965年3月，中央專委批準(zhǔn)并下達研制液體中程地地導(dǎo)彈的任。孫家棟作為導(dǎo)彈總體設(shè)計部技術(shù)負責(zé)人主持了總體方案論證和總體設(shè)計工作。

從1965年11月起，改進的中近程地地導(dǎo)彈在導(dǎo)彈試驗基地連續(xù)進行多次飛行歡均獲成功。

1966年10月27日上午9時整，中國用改型的中近程地地導(dǎo)彈運載著真正的核彈頭點火拔地而起，核導(dǎo)彈伴隨著轟鳴的火焰直刺蒼穹消逝在人們的視野中。從儀器顯示的數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)彈飛行正常，9分14秒后，羅布泊落區(qū)傳來了在預(yù)定高度實現(xiàn)了核爆炸，核彈頭精確命中目標(biāo)的報告。這一刻，發(fā)射場沸騰了，人們擁抱、跳躍，歡聲雷動。“兩彈結(jié)合”飛行試驗成功的當(dāng)天下午，《人民日報》發(fā)出了套紅號外，向全世界公告：中國成功地試驗了導(dǎo)彈核武器！

至此，中國不僅掌握了導(dǎo)彈核武器，而且走完了中近程地地導(dǎo)彈研制的全過程，闖出了自行研制地地戰(zhàn)略導(dǎo)彈的路子，為尖端武器科研組織管理積累了經(jīng)驗。這種“兩彈結(jié)合”的飛行試驗是迄今為止除中國以外，在人類歷史上還沒有哪個國家進行過以實彈進行的“兩彈結(jié)合”試驗。是的，從第一次核爆炸到小型化核彈頭，美國用了13年，蘇聯(lián)用了6年，我國僅僅用了2年時間。而運載核彈頭的導(dǎo)彈在這么短時間內(nèi)，實現(xiàn)挖潛、改型、可靠性驗證等諸多設(shè)計和試驗，這其中的艱辛與歡樂，孫家棟他們這些親臨導(dǎo)彈研制第一線的科研人員的體會會更加深刻……

中國中程地地導(dǎo)彈是中國獨立進行研制的液體導(dǎo)彈，運用了與中近程地地導(dǎo)彈全然不同的設(shè)計方案，集中地應(yīng)用了中國60年代前期進行預(yù)先研究取得的最新技術(shù)成果，對設(shè)計方案進行反復(fù)論證后，最后確定了動力系統(tǒng)采用可貯存推進劑液體火箭發(fā)動機的方案；制導(dǎo)系統(tǒng)采用捷聯(lián)式雙補償慣性制導(dǎo)方案，從而簡化了發(fā)射前的準(zhǔn)備工作，提高了制導(dǎo)精度，地面設(shè)備實現(xiàn)了機動化，使導(dǎo)彈具備了區(qū)域機動發(fā)射能力。

孫家棟回憶起當(dāng)時研制導(dǎo)彈的情景時說：其實早在任下達之前，就已開展了有關(guān)預(yù)先研究，并陸續(xù)取得了重要技術(shù)突破。任新民主持研制出了采用可貯存推進劑的火箭發(fā)動機，郝復(fù)儉主持研制成功了高精度陀螺、加速度表，在姚桐斌主持下與北京、上海、沈陽有關(guān)單位協(xié)同攻關(guān)，研究解決了不銹鋼高溫釬焊、鋁合金化學(xué)銑切等工藝難關(guān)，試制成功了彈頭燒蝕防熱、燃氣舵等所需的新材料。同時，在控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)、地面設(shè)備、結(jié)構(gòu)強度與環(huán)境工程等方面，也取得了許多研究成果。這些都為中程地地導(dǎo)彈研制打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

回憶起這段歷史孫家棟感慨地說：小時候最大的愿望是將來能成為一名土木建筑師，幻想將來可以建造大橋。在哈工大讀書時，聽說學(xué)校將要增設(shè)汽車專業(yè)，我覺得汽車更神秘，可能比造大橋更富有挑戰(zhàn)性，沒曾想最終到蘇聯(lián)學(xué)的卻是飛機制造，然而，從蘇聯(lián)回國后卻沒有搞過一天的飛機制造。從畢業(yè)后的一開始就加入了中國導(dǎo)彈研制大軍。我當(dāng)時心里暗暗發(fā)誓，這輩子要在中國導(dǎo)彈事業(yè)上發(fā)揮自己的作用，所以一門心思結(jié)緣于最初的仿制導(dǎo)彈和東風(fēng)導(dǎo)彈的研制工作。但更沒有料想到的是，搞了近十年的導(dǎo)彈研制，卻又與衛(wèi)星開創(chuàng)了終身的情結(jié)。