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１９５７年７月，中国驻苏联大使刘晓向国内报告，说苏联要中国派代表团去谈判有关原子弹和导弹的事项。同时，阿尔希波夫也把这件事正式通知了中国政府。
毛泽东住进了克里姆林宫
经过多次试探性接触，中国希望就有关生产原子武器、导弹和飞机的援助请求，最终于８月底获得了苏联政府同意谈判的照会。中国方面很快便进行了访问谈判的准备，组成了由聂荣臻为团长、宋任穷和陈赓为副团长的一个代表团，刘杰、李强、万毅、钱学森、王诤、张连奎和刘寅等人都以代表团成员的身份前往莫斯科。１９５７年９月７日，中国政府工业代表团分乘两架苏联制造的伊尔－１８飞机，抵达莫斯科努契科伏机场。简单休息了一天之后，中苏双方便于９月９日开始了谈判。苏联方面主谈的是部长会议副主席别尔乌辛。斯大林死后，别尔乌辛曾误上了马林科夫的船，所以，他算是被赫鲁晓夫开恩留用的。别尔乌辛虽然有所保留，但总体上对中国是十分慷慨的，他甚至在谈判中认为中方提出的有些产品型号性能已经落后了，主动建议提出更新的产品型号。９日下午，聂荣臻拜会苏联共产党中央主席团委员、部长会议第一副主席米高扬。米高扬表示：中国必须掌握原子武器和导弹武器，否则就不能成为真正的大国。苏联将尽量给予中国帮助。
随同代表团一起到苏联的，还有２１名专家做谈判顾问，他们按照不同专业，分成几个组，原子能组由刘杰、吴际霖、陈一民和芦荣光组成。芦荣光说，代表团团员很多，有三四十个人，宋任穷把我们都召集起来，说你们各个组之间要互不通气，大家要互相保密。和苏联谈判时，我们这个组就直接对他的原子能工业部。他的部长是斯拉夫斯基，我们就这几个人，他把他援助中国的专家都找来，比我们多，他十来个人，我们就三四个人加上翻译坐在那儿。那时候宋部长、刘杰部长他们请了一个苏联专家做二机部的总顾问，叫扎吉江，他也回到莫斯科帮助我们出主意。记得有一天，宋部长、刘杰部长、我、陈一民我们几个人在他们招待所一个小别墅的书房里，扎吉江来了。我们正在谈这些项目他来了。他说我给你们提供一个好消息，现在苏联有一个工厂淘汰了，但它的设备很有用，你们就用这套设备，很快就可以开始了。他说这一部分设备很便宜，你们同意不同意？我们原先也曾研究过这件事，现在再一讨论，决定接受下来，可以省一大笔钱。文革中还有人利用这件事情攻击刘杰，说他把人家的烂设备买回来了，其实不是那么回事。谈判的时候也挺有意思。我记得会议室很大的。给我们介绍援助中国工厂的情况，说得特别简要。来一个专家，拿一个大图板。那时好像还不时兴幻灯片这类的。坐在那的人很多，他们的专家很多，有时我们也看不见，讲大致是什么，大约也就几分钟。大家介绍一个一个地来。讲完之后，斯拉夫斯基就让别人都退下去，他单独跟宋部长、刘杰加一个翻译专门再谈，我们就都出来了。我们也不敢问，因为保密非常严格。我估计就是谈原子弹这个部分。
宋任穷说，我和刘杰专门谈原子弹方面的问题。我们９月份去的，谈了个初步结果，派我回来汇报。刘晓对我讲，你回去向主席汇报，说赫鲁晓夫有困难，想请毛主席去莫斯科，使馆倾向于接受赫鲁晓夫的要求，请主席来。这个时候正好遇到咱们国庆，我一下飞机，连家都没回，毛主席就把我叫到钓鱼台１２号楼，周总理、邓小平、李富春等同志都在场。我汇报了两个内容：一是谈判的初步成果，二是大使馆的意见。我还谈了搞原子弹，一要找铀矿，二要建反应堆，三要搞铀浓缩厂。这种工厂很费电，苏联明确讲他们有部分用过的铀浓缩设备可以卖给我们，四要建铀水冶厂，五要搞从四氟化铀到六氟化铀的转化厂，六还要搞个锂厂，以后搞氢弹需要锂，苏联表示可以给我们一个锂厂。至于导弹方面，是陈赓他们谈的，苏联答应给我们Ｐ－２型，我只看了模型。
听了宋任穷有关谈判过程的汇报后，毛泽东对代表团的工作表示满意，对代表团所谈下来的结果也表示同意。与此同时，宋任穷还转达了赫鲁晓夫通过刘晓邀请毛泽东去莫斯科参加十月革命纪念节活动和世界共产党、工人党会议的口信。汇报结束，离开钓鱼台后，宋任穷即给驻苏使馆打电话，找到聂荣臻说，主席、中央同意我们的意见，可以做签署协议的准备。
在谈判桌上，苏联方面对中国代表团还是比较友好的，别尔乌辛就曾对聂荣臻说，除了单子上所列出的内容，你们还可以考虑提一些新的项目。但有时也需要艰苦的谈判，比如对于有关项目，苏联政府往往给了资料便不给样品，有的是给样品不给资料，原子弹方面起初是光给资料，不给样品，聂荣臻仅就这个问题，便和别尔乌辛谈了好几次。后来苏方经请求他们的最高层同意，答应写进了协定。９月１４日，别尔乌辛代表苏联政府向聂荣臻提交了协定。别尔乌辛对聂荣臻说：这种协定在苏联外交史上还是第一次，因为中国是最可靠、最可信赖的朋友。希望中国政府能早日定案。在等两个中央批准协议的十几天里，聂总分别拜访了几个人，给他们送了一些中国礼品，他们都特别高兴。最后于１０月１５日在苏联国防部大楼举行协定签字仪式。聂荣臻和别尔乌辛分别签署了《新技术协定》，在这个协定中，苏联应允在原子能工业、导弹、火箭武器、航空新技术以及导弹和核试验基地建设诸方面，对中国进行援助。并且，苏联将于１９５７年至１９６１年底，为中国提供原子弹教学模型和图纸资料，以及提供Ｐ－２导弹样品和有关的技术资料。
这时候，苏联和美国都已爆炸了各自的氢弹，并研制成功了洲际导弹。就在中苏这次谈判期间，苏联于１０月１４日成功发射了世界上第一颗人造卫星，轰动了全世界。这次谈判，虽然苏联为中国提供的都是属于原始阶段的东西，虽然这些承诺还仅仅是写在纸上的东西，虽然苏联拒绝代表团参观核心工厂并拒绝提供核心技术，但对于不久前还在使用大刀长矛小米加步枪的中国人来说，已经特别知足了。他们也明白，凡属新的、先进的技术，是买不来的，最尖端的东西还得靠自己组织力量开发。
从这时起，中国制造原子弹才算真正得到确定，并逐步展开。
中苏《新技术协定》签订之后，仅过了十几天，毛泽东便应赫鲁晓夫的邀请，于１１月２日率领代表团也来到了莫斯科。随团专门给国防部长彭德怀担任翻译的是军委办公厅的外文秘书孙克忠，当时才２５岁。孙克忠说，中国代表团下榻在克里姆林宫，我们去了大约一周的时间，有一天中午，毛主席的翻译袁明富告诉我，小孙，今天晚上在克里姆林宫的小礼堂里放映一部电影，是苏联专门给毛主席和代表团安排的。这部电影是苏联军事秘密影片，讲的是军事方面的事情，有原子弹、氢弹爆炸和原子条件下的军事演习，你是搞军事的，你给毛主席翻译吧。我也不好意思推辞，说那好吧。当天中午吃饭的时候，他告诉我彭老总叫我去，因为当时我主要给彭老总当翻译，彭老总说，小孙，今天晚上苏联给代表团放电影，电影很长，有三部，你给当翻译吧。毛主席要找一个懂军事方面的翻译，我看你小孙比较合适。当时我非常高兴、非常激动，我心想给毛主席当翻译是一生中最光荣的事情，但是有点儿担心，电影进度很快，要是看不懂翻译不出来怎么办呢？彭老总看出了我的心事，说你不要怕嘛，你们平时不是也翻译一些有关原子弹氢弹方面的这些资料吗，我看你能翻。晚上八点半左右，人们都进了克里姆林宫里面的那个小礼堂，礼堂不大，能够坐两百多人。毛主席来的时候，彭老总用手指了一下说，小孙你赶快上去。当时袁明富在旁边，也催我赶快上去。彭老总跟毛主席说，今天晚上由小孙为您当翻译。毛主席说好好。我赶快握了一下手，毛主席让我坐下，彭老总也在边上坐下。毛主席一坐下，电影马上就开始了。很长，一共三部电影，三个多钟头。毛主席看得非常仔细，而且聚精会神地看，等看到蘑菇云上升的时候，毛主席说，好，成功了。当时毛主席很兴奋。电影里面讲到了有了防原子的设备，就可以减轻原子弹的杀伤力。在这个时候，毛主席跟彭老总说，现在看来矛和盾还是同时产生的。彭老总回答说，一种新武器出现，总是有对付它的办法。在看电影期间，毛主席一直抽烟，当他又拿起一支烟抽的时候，我用火柴给他点烟，毛主席看到我给他点烟，马上用右手按住我的手，意思是说你不要给我点烟，然后他自己点烟。看完电影以后大家都站起来了，灯光一亮，其他人都等着毛主席先走。这个时候，毛主席说了几句，他说小孙你简直成了原子弹的专家了。我说我不过是翻了一些资料，知道了一些原子弹方面的术语。他又问我是哪儿的人，我说浙江绍兴人。问我多大了，我说２