上世纪四十年代,加州理工学院终身教授钱学森（陈坤,饰）因为美国兴起的反共言论而备受打击。他的尖端技术研究被迫中止,并被责令出境。钱学森心系祖国,归心似箭,而意识到钱学森的巨大价值的美方又对其归国设置了重重障碍,甚至以间谍罪逮捕钱学森。最终,宣告无罪的钱学森被长期软禁在家,中。,钱学森写信辗转与祖国取得联系,周恩来授命用11名美国战犯飞行员换回了钱学森。,面对新中国技术,人才,工业等各方面的空白,钱学森带领科研人员从仿制入手,根据现有技术和条件逐步研究,完善,奠定了中国导弹的基础。,1960年11月,第一枚导弹试射成功。,1964年10月,第一枚原子弹试验成功,钱学森又承担起了研制火箭运载原子弹进行远程攻击的任务,他带领科研人员克服了天气地理等困难,完成两弹对接,1966年10月在罗布泊靶场成功试射新中国第一枚核导弹！,晚年的钱学森对妻子（张雨绮,饰）充满愧疚,但妻子的理解让他倍感安慰。
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