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1999年国庆50周年前夕，中共中央、国务院、中央军委分别授予23名科技工作者每人一枚由515克纯金制成的“两弹一星功勋奖章”。其中惟一以烈士身份被追授此勋章的便是共产党员郭永怀。
1960年，中央决定自行研制核武器后，105位科学家组成了一支特殊的科研群体。郭永怀担任了九院的副院长，主管力学部分，并负责武器化的设计指导。1963年，他与科研队伍迁往青海新建的基地，在恶劣自然条件下经常风餐露宿，解决了许多重要的动力难题，被戏称为核研究领域的“三尊大菩萨”之一（另两尊是理论、试验部门的负责人）。
1964年10月和翌年5月，我国第一、第二枚原子弹先后爆炸试验成功，周恩来、邓小平专门为郭永怀等科学家摆了庆功宴。1965年以后，郭永怀在参与氢弹研制的同时，又参加了人造卫星的设计。与此同时，为了完成援外任务，他还担任研制一种单兵肩扛式防空导弹的总设计师，只用了不到半年时间就奇迹般地制成了这种超低空的地空导弹。
从外貌看，郭永怀身体瘦弱，年不到半百便已双鬓斑白，平时不苟言笑，总爱沉思。他工作起来，精力却是超人的。1963年迁往海拔3000米以上的青海基地后，他与许多同事都有了高原反应。为了及时研究新情况，郭永怀频繁往来于北京和基地之间，每次都会增加身体上的新的不适应，严重损害了健康。有人劝他少跑一些，但他为了工作全然不顾。在生活上，郭永怀的简朴也出了名，一支钢笔从中学时代竟一直使用到牺牲。
周恩来叮嘱郭永怀等科学家不要乘飞机。郭永怀为赶进度仍经常飞来飞去。1968年12月初，他在青海基地发现一个重要数据，急于赶回北京研究，便搭乘了夜班飞机。12月5日凌晨，飞机飞临北京机场，距地面约400米时，突然失去平衡，偏离跑道，扎向1公里外的苞米地，腾起一团火球。当人们从机身残骸中寻找到郭永怀时，吃惊地发现他的遗体同警卫员紧紧抱在一起。烧焦的两具遗体被吃力地分开后，中间掉出一个装着绝密文件的公文包，竟完好无损。可以说，在飞机遇险、生命将尽的最后瞬间，郭永怀想到的只是用身体保护对国家有重要价值的科技资料！
周恩来得知郭永怀牺牲的消息，眼睛顿时湿润了。钱学森更是伤感不已地叹息：“一个全世界知名的优秀力学专家离开了人世。”如今，我国空气动力中心大院的松林山上建有一座纪念亭，上面刻着张爱萍将军所书的三个大字——“永怀亭”。
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