К юбилею испытания первой термоядерной бомбы РДС-37- будущей основы термоядерных зарядов в СССР

Создание термоядерной бомбы РДС-37, основанной на новом физическом принципе, служит нам удивительным и прекрасным примером результата концентрации усилий на всех технологических уровнях и, в первую очередь, интеллектуальном. В течение лишь одного года был совершен провыв в новую область знаний, и 22 ноября 1955 г. был испытан образец оружия, физическая схема которого до сих пор является основой термоядерного арсенала нашей страны.

История создания РДС-37, также, как и история создания водородной бомбы в США, была полна драматизма. Испытанная 22 ноября 1955 года водородная бомба была основана на принципиально новой двухступенчатой физической схеме. Новый физический принцип родился в СССР в процессе интенсивных работ по другим направлениям конструирования водородного оружия, которым отдавался приоритет. Если ретроспективно взглянуть на историю разработки, можно увидеть, что некоторые общие идеи, развитие которых в конеч­ном счете привело к формулировке нового принципа, были высказаны в СССР в конце 1948 года. Они были, в определенном смысле, шагом вперед по сравнению с информаци­ей, полученной к этому времени по разведывательным каналам и относящейся к американским проектам водородной бомбы с детонацией дейтерия.

Следующий этап плановых работ по созданию водородной бомбы относится к 1952−1953 гг.

В начале 50-х годов наряду с идеей термоядерного усиления энерговыделения ядерных зарядов обсуждалась идея возможности осуществления более эффективного сжатия ядерного материала по сравнению со сжатием, обеспечиваемым взрывом химических В. В. Первоначально эта идея была сформулирована как идея использования энергии ядерного взрыва одного (или нескольких) ядерного заряда для обжатия ядерного горючего, находящегося в отдельном модуле, пространственно отделенном от первичного источника (источников) ядерного взрыва. Авторами этой общей идеи, которая может быть названа идеей «ядерной имплозии», являются В. А. Давиденко и А. П. Завенягин. При всей ее общности эта идея содержит принципиальное представление о двухстадийном ядерном заряде.

Первоначально предполагалось, что перенос энергии ядерного взрыва первичного источника в двухстадийном заряде должен осуществляться потоком продуктов взрыва и создаваемой ими ударной волной, распространяющейся в гетерогенной структуре заряда. В 1954 году этот подход был проанализирован Я. Б. Зельдовичем и А. Д. Сахаровым. При этом за основу физической схемы вторичного модуля было решено взять аналог внутренней части заряда РДС-6с, то есть «слоеную» систему сферической конфигурации. Таким образом, было сформулировано конкретное представление о двухстадийном заряде на принципе гидродинамической имплозии. Следует отметить, что это была исключительно сложная система с точки зрения обоснования ее работоспособности при реальных вычислительных возможностях того времени. Основная проблема состояла в том, каким образом в подобном заряде обеспечить близкое к сферически симметричному режиму сжатие вторичного модуля.

Окончательное осознание и формулировка основных положений нового принципа радиационной имплозии произошли в СССР только в 1954 году. Появилась изящная идея об использовании энергии рентгеновского излучения атомного заряда для переноса энергии и обжатия основного термоядерного узла.

Для формирования направленности переноса энергии, по предложению А. Д. Сахарова, первичные и вторичные модули были заключены в единую оболочку, обладавшую хорошим качеством для отражения рентгеновского излучения, а внутри заряда были обеспечены меры, облегчавшие перенос рентгеновского излучения в нужном направлении.

Ю.А. Трутневым в ходе этой работы был предложен способ концентрации энергии рентгеновского излучения в материальном давлении, позволивший эффективно осуществлять радиационную имплозию.

Началась интенсивная расчетно-теоретическая проработка физической схемы новой водородной бомбы и исследование характеристик протекающих в ней физических процессов. Эта работа проводилась весь 1954 год параллельно с попытками создания форсированного варианта водородной бомбы «образца» 1953 года (РДС-6с) большей мощности.

24 декабря 1954 года состоялся научно-технический совет КБ-11 под председательством И. В. Курчатова, посвященный созданию термоядерных зарядов большой мощности. В работе совета принял участие министр среднего машиностроения В. А. Малышев. С докладом о термоядерном заряде на новом физическом принципе выступил Я. Б. Зельдович.

И.В.Курчатов и Ю. Б. Харитон отметили в своих докладах, что этот принцип открыва­ет большие возможности в разработке мощных водородных бомб и что необходимо быстрее использовать эти возможности.

Ю.Б.Харитон также выступил с предложением о проведении в 1955 году модельного опы­та натурной конструкции новой бомбы.

В итоге обсуждения совет принял решение:

• 1. Руководству КБ-11 представить план работ по проблеме создания новой бомбы с пояснительной запиской в Министерство среднего машиностроения.


• 2. Разрешить до утверждения плана работ по этой проблеме разработку бомбы-устройства и проведение его испытания на полигоне № 2 в 1955 году.

В течение первого полугодия 1955 года велись исследовательские и конструктор­ские разработки опытного образца бомбы-устройства, получившего индекс РДС-37, для проверки новой физической схемы.

Техническое задание на изготовление водородной бомбы новой конструкции было выдано физиками-теоретиками 3 февраля 1955 года.

Важное значение для успеха разработки двухстадийного термоядерного заряда имели работы по созданию первичного источника энергии и обеспечению выхода из него энергии рентгеновского излучения, которыми руководил Я. Б. Зельдович.

В развитии принципа радиационной имплозии следует отметить роль, которую сыграл Д. А. Франк-Каменецкий, выпустивший в конце 1954 года совместно с А. Д. Сахаровым отчет, где анализировались многие научные аспекты нового принципа и возможности его применения для создания различных типов термоядерных зарядов.

Расчетно-теоретические работы и уточнение конструкции РДС37 продолжались вплоть до окончательной сборки и отправки бомбы на полигон.

Для проверки хода работ по плану разработки новой физической схемы заряда в КБ-11 прибыли новый министр МСМ А. П. Завенягин, руководители Главного управления П. М. Зернов, Н. И. Павлов. На состоявшемся 27 мая 1955 года совещании был рассмотрен вопрос о состоянии работ по разработке бомбы-устройства РДС-37. Сообщение по этому вопросу сделал Я. Б. Зельдович. Он изложил результаты анализа о протекании в устройстве РДС-37 термоядерной реакции. Последовал вопрос Завенягина: «Имеются ли еще какие-либо сомнения?» — «Если говорить о мощности с точностью лишь ±40%, то сомнений нет», -ответил Зельдович.

В разработке столь сложной системы, какой является термоядерный заряд РДС-37, была особенно велика роль математических расчетов. В ряде случаев расчеты уравнений в частных производных кардинально исправляли представления о работе того или иного узла или о роли того или иного изменения в системе. Эти расчеты проводились в основном в отделении прикладной математики Математического института АН СССР под общим руководством М. В. Келдыша и А. Н. Тихонова. Многие расчеты проводились на электронной машине «Стрела». Были решены весьма сложные задачи разработки методов расчета, программирования и организации технологии расчетов.

Разработка РДС-37 потребовала больших конструкторских, экспериментальных, технологических работ, проводившихся под руководством главного конструктора и научного руководителя КБ-11 Ю. Б. Харитона.

Важным этапом в подготовке к испытанию заряда РДС-37 была работа комиссии летом 1955 года под председательством И. Е. Тамма. В ее состав входили выдающиеся ученые: В. Л. Гинзбург, Я. Б. Зельдович, М. В. Келдыш, М. А. Леонтович, А. Д. Сахаров, И. М. Халатников.

В докладе комиссии, подготовка которого была завершена 29 июня 1955 года, было констатировано, что новый принцип открывает совершенно новые возможности в области конструирования ядерного оружия. Детально рассмотрев состояние расчетно-теоретических работ по предложенной КБ-11 конструкции заряда РДС-37, комиссия подтвердила целесообразность его полигонного испытания.

ПОДГОТОВКА ПОЛИГОНА И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МЕТОДИК К ИСПЫТАНИЯМ

Испытаниями руководил, как и в первые годы, И. В. Курчатов. В испытании также принимало участие руководство Вооруженными силами СССР (А.М.Василевский). Совет Министров СССР в специальном постановлении возложил проведение летных испытаний бомбы-устройства РДС-37 на КБ-11, ВВС МО и полигон № 2 МО.

Общее руководство авиационным обеспечением испытаний было возложено на генерал-майора В. А. Чернореза. В качестве самолета-носителя был определен самолет ТУ-16, который поступил на вооружение в 1954 г.

Для обеспечения безопасности экипажа в ОКБ-167 МАЛ с 25 октября по 16 ноября 1955 года была проведена специальная подготовка самолета к испытаниям, а для решения конкретных проблем обеспечения безопасности самолета на полигоне работала команда ведущих разработчиков ТУ-16, ученых из ВИАМ, НИИ ПДС, МИАН (А.А.Архангельский, А. В. Надашкевич, А.А. До­родницин, К. А. Семендяев и др.).

С целью увеличения дистанции от места взрыва до самолета-носителя и уменьше­ния светового импульса до допустимого уровня руководством было принято решение оборудовать бомбу парашютом типа ПГ-4083, разработанным для бомбы РДС-6с НИИ парашютно-десантного снаряжения. Заказ на парашюты был выдан МСМ 17 октября 1955 года, а 28 октября 1955 года они были доставлены на полигон № 2 МО (10 дней от заказа г. Арзамас-16, Москва до поставки — полигон, Казахстан!)

Бомба была подготовлена специалистами КБ-11 и передана для подвески к самолету в 6 часов 45 минут 20 ноября 1955 года, но из-за отсутствия визуальной видимости цели и отказа радиоло­кационного бомбардировочного прицела бомбометание не состоялось. Самолету с бомбой было дано разрешение на посадку только после того, как Я. Б. Зельдович и А. Д. Сахаров дали письменное заключение о безопасности посадки самолета с зарядом, а специалисты ВВС проанализировали все сценарии аварийной ситуации при посадке самолета.

СОЗДАНИЕ РДС-37 ОТКРЫВАЕТ ДОРОГУ К СОВРЕМЕННОМУ ТЕРМОЯДЕРНОМУ ОРУЖИЮ

Испытание бомбы было проведено 22 ноября 1955 года. В 6 часов 55 минут бомба была подвешена к самолету. Самолет вылетел в 8 часов 34 минуты. Командир экипажа — Ф. П. Головашко.

В 9 часов 47 минут было произведено прицельное бомбометание с высоты 12 км при скорости самолета 985 км/ч. Бомба была сброшена над опытной площадкой П5. Взрыв бомбы произошел на высоте 1550 м. В момент взрыва самолет находился от места взрыва на расстоянии 15 км.

Приведем описание взрыва из отчета, подготовленного сотрудниками Семипала­тинского полигона.

«Исключительно большая мощность взрыва, а также обусловленные ею значитель­ные размеры светящейся области и длительное свечение позволили отчетливо пронаблюдать весь процесс развития светящейся области от небольшого шара до сферы зна­чительных размеров, деформацию ее ударной волной, отраженной от поверхности зем­ли, и образование больших областей конденсации содержащихся в воздухе водяных паров. Из-за облачности в районе испытаний, к сожалению, не удалось полностью пронаблюдать развитие облака взрыва, которое представляло собой исключительно грандиозную картину даже в сравнении с облаком такого мощного взрыва, как взрыв бомбы РДС-6с в 1953 году. Наблюдатели, находившиеся в 35 км от эпицентра, в специальных очках, лежа на поверхности грунта, в момент вспышки ощутили сильный приток тепла, а при подходе ударной волны — двукратный сильный и резкий звук, напоминающий гро­зовой разряд, а также давление на уши.

Из всего облака взрыва длительное время была видна его нижняя часть — пылевой столб и клубы пыли. Масштабы этого явления также не идут ни в какое сравнение со взрывами ранее испытанных зарядов. Пыль, поднявшаяся над опытным полем до естественных облаков, перемешавшись с ними, образовала свинцово-черную тучу. Гонимая ветром, туча медленно надвигалась на лабораторный корпус и жилой городок полигона. Если учесть, что раньше (примерно через 3 минуты после взрыва) здесь прошла ударная волна, вызвавшая многочисленные разрушения остекления, дверей, рам, легких перегородок и т. п. и сопровождавшаяся сильным многократным звуком, становится совершенно очевидным, что даже для неискушенного наблюдателя одна лишь внешняя картина могла служить наиболее ярким свидетельством исключительно большой мощности взрыва бомбы РДС-37.

Произведенный впервые взрыв бомбы колоссальной мощности позволил получить важные экспериментальные данные».

После прохождения ударной (звуковой) волны население, проживающее в режимных зонах и пункте «М» (городок испытателей), было полностью укрыто в помещениях до выяснения радиационной обстановки.

Результаты воздушной и наземной радиационных разведок на радиоактивном следе после воздушного взрыва термоядерной бомбы РДС-37 однозначно показали, что доза внешнего гамма-излучения за пределами терри­тории полигона — менее 0,3 Р, и поэтому можно утверждать, что не было облучения населения с превышением дозовых пределов.

Городок испытателей в то время быстро рос, строились трехэтажные дома, новая школа, появилось много детей. В четвертом классе, где я учился, было более 30 учеников. Надо сказать, что при ядерных испытаниях «гражданское» население городка чувствовало себя очень спокойно, не было никакой нервозности, а тем более паники. При испытании РДС-37 (65 км от эпицентра) мы были размещены в больших армейских палатках, которые были развернуты непосредственно перед пятым сектором, где размещалось руководство испытания (И.В.Курчатов, А. Д. Сахаров, Н. Н. Семенов и др). На меня сильное впечатление произвело именно воздействие звуковых волн: после вспышки я выбежал из палатки, а когда прошла первая звуковая волна, от страха я залетел в палатку и залез под стол. В городе было много разрушений стекол, и, к моей радости, стена в квартиру, где жил мой товарищ, рухнула, и мы долгое время жили одной семьей.

Сводные материалы по результатам испытания изделия РДС-37 были подписаны И. В. Курчатовым, Ю. Б. Харитоном, Н. Н. Семеновым, А. Д. Сахаровым, Я.Б.Зельдо­вичем, М. А. Садовским, А. В. Енько, Б. М. Мамотовым, И. Н. Гуреевым.

Постановлением Совета Министров СССР по вопросам работы конструкции атомн ых бомб и определения их мощности в 1955 году была образована комиссия, в состав которой вошли И. В. Курчатов (председатель), Ю. Б. Харитон, Б. Г. Музруков, Н. И. Павлов, Е.А.Не­гин, В. А. Давиденко и др.

На заседание этой комиссии по определению мощности взрыва бомбы-устройства РДС-37 были приглашены: В. А. Болятко, А. В. Енько, Б. М. Мамотов, Б. А. Олисов, О. И. Лейпунский, В. Ю. Гаврилов, М. А. Садовский, Г. И. Бенецкий, И. Н. Гуреев, Н. Н. Семенов. О результатах определения тротилового эквивалента водородной бомбы РДС-37 основной доклад сде­лал инженер-полковник И. Н. Гуреев. Энерговыделение РДС-37 составило 1,6 МтТЭ.

Рассмотрев результаты испытания экспериментальной бомбы РДС-37 на заседании 24 ноября 1955 года, комиссия отметила, что:

• успешно испытана конструкция водородной бомбы, основанная на новом принципе;


• необходимо дальнейшее детальное исследование процессов, протекающих при взрыве бомбы этого типа;


• дальнейшую разработку водородных бомб следует проводить на основе широкого использования принципов, положенных в основу бомбы РДС-37.

Одним из интересных вопросов является вопрос о том, каким образом возникли идеи об основных элементах схемы термоядерного узла РДС-37 — первого двухстадийного термоядерного заряда на принципе имплозии. По своему структурному типу этот узел аналогичен гетерогенному ядру РДС-6с, откорректированному для существенно иных граничных условий, определяющих имплозию. Тем не менее, можно отметить, что РДС-6с оставил в «наследство» РДС-37 целый ряд важнейших идей:

• сферическую конфигурацию термоядерного узла;


• слоеную структуру горючего из дейтерида лития-6 и урана-238;


• урановое инициирующее ядро.

Это был абсолютно оригинальный подход, который априори ниоткуда не следовал и определялся исключительно наличием в СССР предыстории, связанной с РДС-6с. Можно сказать, что успешное испытание РДС-37 является основным результатом разработки РДС-6с, испытанной 12 августа 1953 года (400 кт ТЭ). Указанные идеи, взятые из РДС-6с, оказывали длительное влияние практически на всю разработку термоядерного оружия СССР.

Энерговыделение заряда в эксперименте составило 1,6 Мт, точность расчетов ±10%, а так как по соображениям безопасности для населения на Семипалатинском полигоне заряд испытывался на неполную мощность, то прогнозируемое полномасштабное энерговыделение заряда составляло 3 Мт (это тоже смелый научный шаг). Коэффициент усиления энерговыделения в РДС-37 составлял около двух порядков, в заряде не использовался тритий, термоядерным горючим был дейтерид лития, а основным делящимся материалом был U-238.

Созданием заряда РДС-37 был совершен прорыв в решении проблемы термоядерного оружия, а сам заряд явился прототипом всех последующих двухстадийных термоядерных зарядов СССР.

В работах по созданию заряда РДС-37 принимал участие большой коллектив физиков-теоретиков. В отчете А. Д. Сахарова и Ю. А. Романова о работе теоретического сектора 1 от 06.08.1954 г. подчеркивалось, что «основные принципы» атомного обжатия «выработаны в результате коллективной работы (Зельдович, Трутнев, Сахаров)».

«Определяющий вклад в создание новой конструкции заряда (РДС-37) здесь внесли А. Д. Сахаров, Я. Б. Зельдович, Ю. А. Трутнев» (Ю. Б. Харитон, Ю. Н. Смирнов «О некоторых мифах и легендах вокруг советских атомных и водородных проектов» в книге «Человек столетия. Ю. Б. Харитон», Москва, ИздАТ, 1999 г., стр. 143).

Сравнение с американской программой создания первых термоядерных зарядов показывает, что габаритно-массовые параметры заряда РДС-37 и последовавших за ним первых образцов термоядерных зарядов СССР и первых термоядерных зарядов США принципиально отличаются. Характерное значение отношения длины к диаметру первых термоядерных зарядов СССР? 2, а для первых термоядерных зарядов США оно составляет 3,2−4,8. Это различие указывает на принципиальное отличие в структуре вторичных модулей первых термоядерных зарядов СССР и США и оригинальность нашей схемы двухстадийного заряда. Отмеченное отличие в габаритных параметрах зарядов США смогли существенно сократить только после испытаний в 1956 году.

А.К.Чернышев, заместитель научного руководителя РФЯЦ-ВНИИЭФ, доктор физико-математических наук