1 сентября 2010

«Настоящая водородная» (к 55-летию испытаний термоядерного заряда РДС-37)

«Холодная война» между западным блоком во главе с США и СССР, начавшаяся в 1948 г., могла перерасти в «горячую». В планах Пентагона (знаменитый «Дропшот» в 1949 г.) предусматривался превентивный ядерный удар по 200 населенным пунктам СССР (при наличии в США 300 атомных бомб). В США было в 4 раза больше, чем в СССР, стратегических бомбардировщиков (В-29, В-52). СССР окружали военные базы НАТО. Вернер фон Браун со своим КБ, вывезенным в США, плодотворно трудился по созданию межконтинентальных баллистических ракет (МБР). Мы должны были противостоять этой реальной атомной угрозе. С.П. Королев разрабатывает свою первую МБР Р-7, однако, точность и кучность этой ракеты, оснащенной ГЧ с первым в СССР водородным зарядом РДС-6С, не позволяли обеспечить эффективный ответный ядерный удар при нападении США. Нужно было новое, более могучее оснащение этой МБР.
 
Только сильный духом народ после таких невероятно тяжелых испытаний мог сделать совершенно из ряда вон выходящее: полуголодная и только что вышедшая из опустошительной войны страна за считанные годы разработала и внедрила новейшие технологии, наладило производство урана, сверхчистого графита и плутония, тяжелой воды. Создание ракетно-ядерного оружия потребовало предельного напряжения человеческого интеллекта и сил.

Ю.Б. Харитон, академик АН СССР, первый Главный конструктор и научный руководитель РФЯЦ-ВНИИЭФ (КБ-11), трижды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской и трех Сталинских премий.

От идеи к реальности

Идея создания термоядерной («водородной») бомбы принадлежит американским ученым, участникам «Манхэттенского проекта», создавшим и испытавшим в 1945 г. в Аламогордо первую в мире атомную бомбу. Пентагону идея понравилась, поскольку энерговыделение от реакции синтеза изотопов водорода, дейтерия + трития, могло во много раз превышать реакцию деления урана-235 или плутония-239, где масса активного материала ограничивалась так называемой «критической массой».

Задание на разработку такого заряда со стороны военного ведомства США было выдано. Однако, «отец атомной бомбы» Роберт Оппенгеймер, шокированный атомной бомбардировкой Хиросимы и Нагасаки (что для перелома ситуации в войне с Японией вовсе не требовалось), в которой погибли более 140 тысяч человек одномоментно и примерно столько же впоследствии от «лучевой болезни», от создания «гиперсмертельного оружия» отказался. Он был отстранен от проекта и подвергся гонениям со стороны американского руководства и спецслужб США.
 
Новый проект возглавил физик-ядерщик Эдвард Теллер (по национальности - венгр). Наша внешняя разведка не дремала, и о новом направлении «Манхэттенского проекта» стало известно в Спецкомитете, который возглавлял Л.П. Берия.

Были предприняты ответные меры. Проработку возможности создания подобного оружия в СССР поручили лаборатории И.Е. Тамма в ФИАНе (под общим научным руководством академика И.В. Курчатова). К этому периоду относятся и предложения А.Д. Сахарова, физика-ядерщика, в то время работавшего сменным инженером на оборонном заводе. Через своего отца - великолепного школьного преподавателя физики в Москве, автора учебника по физике, Сахаров сумел передать И.Е. Тамму свою тетрадь с обоснованием возможности создания термоядерной бомбы и управляемой термоядерной реакции с целью получения колоссальной энергии для хозяйственных нужд. А.Д. Сахаров сразу же был направлен в лабораторию И.Е. Тамма в качестве аспиранта и начал интенсивно работать над проектом в содружестве с В.А. Гинзбургом и Ю.А. Романовым.

Группу И.Е. Тамма направили в КБ-11 (РФЯЦ-ВНИИЭФ) в г. Саров (к сожалению, по причине «политической неблагонадежности» жены В.А. Гинзбург был отстранен от участия в проекте, хотя именно ему принадлежала идея использования в качестве термоядерного топлива дейтерида лития LiD6, в обиходе физиков-ядерщиков называвшегося «Лидочка». В Сарове были начаты конкретные работы по созданию термоядерного заряда по двум направлениям:

- РДС-6Т («труба») - во главе с членкором АН СССР Я.Б. Зельдовичем;
- РДС-6С («слойка») - во главе с к.ф.м.н А.Д. Сахаровым.

После проведения расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, разработка РДС-6Т была приостановлена как неперспективная. К работе были привлечены такие гиганты науки, как академики Келдыш М.В., Боголюбов И.Н., Ландау Л.Д., а также специальные группы из их институтов для теоретических исследований и математических расчетов.
 

В 1952 г. на атолле Бикини американцы взорвали термоядерное устройство под индесом «Майкл». В этом экспериментальном устройстве термоядерное топливо (дейтерий и тритий) находилось в жидком виде в огромных сосудах Дьюара. Для инициирования реакции синтеза использовался атомный заряд.
Мы пошли своим путем…


Первая советская водородная

12 августа 1953 г. на Семипалатинском полигоне был успешно испытан первый термоядерный (водородный) заряд РДС-6С (именно «заряд», а не экспериментальное устройство) на 37-метровой стальной вышке. По энерговыделению РДС-6С превысил первый отечественный атомный заряд РДС-1 более чем в 20 раз. В РДС-6С была успешно реализована физическая идея, получившая название «слойка» (одноступенчатая схема термоядерного заряда). Опыт разработки РДС-6С имел большое значение для дальнейших работ КБ-11 по термоядерным зарядам. Созданный научно-технический и производственный задел обеспечил прогресс в области конструирования термоядерного оружия.

 
Основные результаты создания РДС-6С:

- впервые в СССР было реализовано зажигание и горение термоядерного горючего, практически показана возможность создания одностадийного термоядерного заряда;

- схема РДС-6С оказала прямое влияние на выбор схемы термоядерного узла в будущих термоядерных зарядах на принципах радиационной имплозии.

За разработку первого одноступенчатого водородного заряда большая группа сотрудников КБ-11 и смежных организаций была удостоена звания Героя Социалистического Труда (в том числе, первая Звезда Героя у будущего академика А.Д. Сахарова). Многие создатели РДС-6С стали лауреатами Сталинской премии.

Заряд РДС-6С имел массогабаритные характеристики, сходные с первым атомным зарядом РДС-1. По сути, эти параметры послужили отправной точкой, определившей полезную нагрузку и стартовую массу ракеты Р-7 (созданной ОКБ-1, главный конструктор С.П. Королев) – первой советской межконтинентальной баллистической ракеты. Но с учетом расчетной точности стрельбы ракеты Р-7, мощность заряда РДС-6С была недостаточной для требуемой боевой эффективности. Требовалось форсировать энерговыделение заряда. Кроме того, РДС-6С имел невысокие эксплуатационные характеристики.
 

Заряд для первой советской МБР

Отдельным постановлением Правительства СССР КБ-11 была поручена разработка термоядерного заряда типа РДС-6С для ракеты Р-7 с мощностью, в несколько раз большей. Расчетно-теоретические оценки показали, что в заданных массогабаритных ограничениях РДС-6С  при одноступенчатой схеме, на принципе химической имплозии кардинально повысить энерговыделение заряда практически невозможно. Это инициировало поиски новых идей. Решение было найдено при использовании принципа радиационной имплозии («третья идея», как назвал в своих воспоминаниях ее автор А.Д. Сахаров). На этой основе была разработана двухступенчатая схема термоядерного заряда. Правильность данного выбора подтвердило успешное испытание двухступенчатого термоядерного заряда РДС-37, проведенное 22 ноября 1953 г.


Проведение испытаний

Разработчики заряда РДС-37 были настолько уверены в правильности его физической схемы и конструкции, что заряд сразу испытывался в составе авиационной бомбы (корпус с некоторыми техническими доработками был позаимствован от серийной бомбы РДС-6С), сбрасываемой в штатном режиме с реактивного бомбардировщика среднего радиуса действия ТУ-16.

Для обеспечения безопасности самолета-носителя и его экипажа в составе авиабомбы предусматривался тормозной парашют (площадью 6 м2), обеспечивающий запас по времени для ухода самолета на безопасное расстояние от эпицентра взрыва. Летные экипажи самолета-носителя и сопровождающего самолета-лаборатории, обслуживающий технический персонал, операторы измерительных средств и руководство полетами были из состава 71 полигона ВВС (станция Багерово, Крымской области). Начальник полигона – генерал-майор Чернорез В.А. Данный полигон обеспечивал баллистические испытания спецавиабомб, их парашютных систем, отработку систем автоматики подрыва заряда, радиотелеметрии и т.п., начиная с первой РДС-1, имел прекрасные навыки летного и технического состава.

Семипалатинский полигон (учебный полигон Минобороны №2 (УП-2), имел солидный опыт организации и проведения ядерных испытаний, начиная с РДС-1. Начальником полигона в то время был генерал-лейтенант И.Н. Гуреев. Полигон обеспечивал подготовку, организацию проведения испытаний, обеспечение режимных условий, проводил (совместно с КБ-11) многие виды измерений, в том числе:

- мощности взрыва (по ударной волне, развитию огненного шара, набору поколений «быстрых» нейтронов);

- мощности гамма, нейтронного и светового излучения и ударных волн;

- воздействия на живые организмы (подопытных собак, овец, свиней) ядерного взрыва и отработку методик их лечения;

- воздействия ЯВ на военную технику (самолеты, танки, орудия, рубки и палубные надстройки кораблей, авто и ж/д транспорт) и фортификационные сооружения (ДОТы, ДЗОТы, траншеи, окопы и т.п.);

- воздействия на промышленные здания и жилые дома, мосты, линии электропередач и даже подземные линии метро и т.п.

Подготовку бомбы к испытаниям (проверки всех приборов автоматики с полной имитацией их срабатывания на траектории полета - так называемый «контрольный цикл» - комплексную проверку, сборку и снаряжение заряда, подвеску бомбы под самолет-носитель, проверку взаимодействия самолетного пульта управления штурмана с системой автоматики бомбы, снятие первой ступени предохранения бомбы в бомбоотсеке, расчет полетного задания для ввода в автоматику бомбы) обеспечивала испытательная бригада КБ-11, состоящая из гражданских лиц и офицеров военно-сборочной бригады, прикомандированной к КБ.

Руководил этой бригадой наш корифей-испытатель Буянов В.В. Все работы контролировались квалифицированными военпредами из 12 ГУ Министерства среднего машиностроения (МСМ) во главе с генерал-лейтенантом В.А. Болятко. Административное руководство испытаниями осуществлял министр МСМ А.П. Завенягин, от Минобороны присутствовал замминистра (впоследствии первый Главком РВСН) маршал артиллерии М.И. Неделин. Были представители генштаба, оборонного отдела ЦК КПСС, ВПК и КГБ. Научно-техническое руководство осуществляли академики И.В. Курчатов и Ю.Б. Харитон. Группу физиков-теоретиков возглавлял автор заряда  академик А.Д. Сахаров. На испытаниях присутствовал (пока только присматриваясь) вновь назначенный директор КБ-11 герой Уралмаша и «Маяка», дважды Герой Социалистического труда Б.Г. Музруков.

Требования по подготовке бомбы были необычайно строги: любые отклонения от документации (так называемые ИОСы – инструкции по окончательной сборке) немедленно докладывались Курчатову и Завенягину, которые находились в тамбуре здания по подготовке (так называемом «ДАФе»:Духов, Алферов, Флеров), оперативно принимая технические решения.

Работы проводились в условиях жесточайшего режима секретности: часовыми у здания «ДАФ», где готовилась бомба, были офицеры КГБ в чине не ниже капитана, а при вывозе бомбы на аэродром статус часовых поднимался до полковника.

Относительно режима секретности показателен следующий эпизод. Начальник отдела КБ-11 по разработке специальной оснастки для сборки и снаряжения ядерного заряда И.И. Калашников, услышав по радио, что в СССР успешно проведены испытания водородной бомбы, находясь около аналогичной бомбы в здании «ДАФ», посетовал, что где-то еще проводятся более серьезные испытания, а мы и не знаем. На что зам. главного конструктора (будущий академик РАН и директор ВНИИЭФ) Е.А. Негин ответил: «А ты за что держишься?». Общий хохот присутствующих обескуражил И.И. Калашникова.
 

Наконец, бомбу («изделие РДС-37») подготовили, сброс был намечен на 20 ноября 1955 г. Все операции на аэродроме были закончены, и примерно в 8 часов утра самолет-носитель взлетел с Семипалатинского аэродрома (расположенного в пригороде Жана-Семей на левом берегу Иртыша) и взял курс на боевое «опытное» поле.
Но из-за испортившейся погоды цель, обозначенная на земле большим белым крестом в круге, в оптическом прицеле оказалась не видна. Тешили воспользоваться радиолокационным прицелом, реагирующим на отраженный сигнал от специальных металлических отражателей, установленных в районе цели. Однако радиоприцел оказался неисправным и не «увидел» уголковых отражателей.

Создалась критическая ситуация:

- с подобными бомбами со снятой первой ступенью предохранения (правда там оставалось еще четыре!) бомбардировщики еще никогда не садились;

- на этот случай инструкциями предусматривался сброс бомбы на «невзрыв» (конечно, невзрыв ядерный, так как при ударе ВВ заряда о грунт с большой вероятностью взорвался бы и обеспечил диспергирование плутония и урана).

Безусловно, выполнение инструкции было чревато большими материальными и временными потерями (бомбу пришлось бы изготавливать повторно). Ю.Б. Харитон, посоветовавшись с И.В. Курчатовым и получив заверения от командира экипажа самолета-носителя, летчика первого класса майора В.Ф. Головашко, не сомневавшегося в обеспечении качественной посадки самолета на Семипалатинском аэродроме, принял решение: сажать самолет с бомбой. Что и было выполнено экипажем блестяще. Для сокращения пробега на взлетно-посадочной полосе был применен самолетный тормозной парашют. В целях исключения подобных случаев далее «на боевом курсе» работали 2 самолета: «ведущий» и «ведомый» самолет-носитель.

Бомбу сняли, провели повторно проверки всех ее приборов, агрегатов и узлов. 22 ноября 1955 г. бомба была испытана с отличными результатами. В кругу ученых ядерщиков ее назвали «настоящая водородная».
 

Результаты испытаний

Мощность термоядерного взрыва с использованием 3-х разных методик была оценена в 1,7 Мегатонн (в 4,5 раза более РДС-6С при тех же массогабаритных характеристиках);

- вся боевая техника, выставленная на опытном поле полигона, была разрушена, самолеты отброшены на 200-500 м, средние и тяжелые танки были отброшены и опрокинуты вверх гусеницами;

- боевая фортификация (ДОТы, ДЗОТы, укрепленные деревом траншеи обрушились и сгорели);

- промышленные и жилые дома были разрушены полностью, стальной железнодорожный мост был отброшен на 200 м и исковеркан. Пострадал и тоннель метро.

Случились также и непредвиденные разрушения:

- на Семипалатинском мясокомбинате (втором по масштабам продукции после Микояновского в Москве), расположенного в 270 км от точки взрыва, вылетели все стекла, а его недельная продукция пошла в утиль;

- по узкому сектору ударная волна достаточной силы достигла Павлодара, удаленного примерно на 400 км от эпицентра взрыва, создав там панику;

- основная площадка «М» Семипалатинского полигона (жилой городок, ныне город Курчатов), расположенная в 70 км от эпицентра, подверглась нескольким ударным волнам, сбивавшим с ног людей, что было зафиксировано в научно-историческом фильме.

Стало очевидным, что дальнейшие испытания ядерных зарядов мегатонного класса на Семипалатинском полигоне неприемлемы, поэтому с 1956 г. для этих целей стал обустраиваться Новоземельский полигон.

Итоги

Разработка первого двухступенчатого термоядерного заряда на принципе радиационной имплозии стало ключевым этапом развития ядерной оружейной программы СССР. За творческий и научный вклад в эту разработку ряд специалистов КБ-11 были удостоены звания Героя Социалистического Труда (в том числе, третьей Звездой Героя были награждены академики И.В. Курчатов, Ю.Б. Харитон, К.И. Щелкин, Я.Б. Зельдович, вторую Звезду Героя получил академик А.Д. Сахаров). И.В. Курчатову, Ю.Б. Харитону, А.Д. Сахарову, Я.Б. Зельдовичу была присуждена Ленинская премия (за №1 в СССР). Труд многих разработчиков заряда был отмечен орденами и медалями. Нескольких наград удостоились и работники Минобороны и других гражданских министерств, связанных с разработкой РДС-37. Звания Героя Советского Союза и повышения в звании был удостоен летчик Головашко В.Ф.. Остальные члены экипажа получили ордена, повышения в звании и солидные денежные премии.

Испытания РДС-37 открыли огромные возможности в конструировании термоядерных зарядов в широком диапазоне энерговыделения при оптимальных массогабаритных характеристиках. На базе заряда РДС-37 был разработан и успешно испытан 6 октября 1957 г. более совершенный термоядерный заряд для ракеты Р-7.

Схема заряда РДС-37 стала основой для разработки термоядерных зарядов для других стратегических носителей: БРСД Р-12, МБР «Буря», ракеты для подводных лодок Р-13 и авиабомб для тяжелых бомбардировщиков.

23 февраля 1958 г. был успешно испытан новый тип двухступенчатого термоядерного заряда «49», ставший следующим шагом в формировании эталона термоядерных зарядов второго поколения, выгодно отличающийся по удельной мощности, габаритам, плотности компоновки. Идеологами проекта и разработчиками физической схемы заряда были молодые физики-теоретики Ю.К. Бабаев и Ю.А. Трутнев (ставшие Героями Социалистического Труда и членами-корреспондентами АН СССР).

За счет внедрения новых физических идей, обеспечивающих совершенствование схемы РДС-37, в новом заряде удалось существенно уменьшить габариты термоядерного узла. Заряд «49» разрабатывался в меньшей  весовой категории. Но за счет кардинального улучшения физической схемы термоядерного узла удельное объемное энерговыделение было увеличено в 2,4 раза. Физическая схема заряда оказалась столь удачной, что после модернизации конструкции он был запущен в серийное производство. Новаторские идеи, воплощенные в заряде «49», многократно использовались в дальнейшем.
 

Таким образом, успешные испытания термоядерного заряда РДС-37 заложили основу разработки термоядерных зарядов неограниченной мощности на долгие годы совершенствования ядерно-оружейного комплекса нашего Отечества. Это был настоящий научно-технический прорыв!