РДС-37 — первая советская двухступенчатая водородная бомба. Испытана 22 ноября 1955 года на Семипалатинском полигоне сбросом с бомбардировщика Ту-16. Номинальная мощность бомбы была приблизительно 3 Мт, но для целей испытания снижена примерно вдвое, до 1,6 Мт. Взрыв подтвердил возможность энерговыделения более 1 Мт, для этого использовалось рентгеновское излучение от реакции деления для обжатия дейтерида лития перед синтезом («лучевая имплозия»).
Разработка Первые работы в СССР над «принципом окружения» (принципом радиационной имплозии) начались в 1950 году. Расчёты по созданию двухступенчатой конструкции водородной бомбы начались в 1952—1953 годах, однако окончательное осознание и формулировка основных положений нового принципа произошли в СССР только в 1954 году. С этого момента началась интенсивная расчётно-теоретическая проработка физической схемы новой водородной бомбы и исследование характеристик протекающих в ней физических процессов. Но эта работа весь 1954 год проводилась параллельно с попытками создания форсированного варианта водородной бомбы «образца» 1953 года большей мощности (РДС-6с) .
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 вторичного модуля было решено взять аналог внутренней части заряда РДС-6с. Таким образом, было сформулировано конкретное представление о двухстадийном заряде на принципе гидродинамической имплозии. Это была исключительно сложная система с точки зрения обоснования её работоспособности при реальных вычислительных возможностях того времени. Основной была проблема, каким образом в подобном заряде обеспечить близкое к сферически-симметричному режиму сжатие вторичного модуля. Важнейшее значение для успеха разработки двухстадийного термоядерного заряда имели работы по созданию первичного источника энергии, которыми руководил Я. Б. Зельдович, существенную роль в разработке принципа радиационной имплозии сыграл Д. А. Франк-Каменецкий, написавший в конце 1954 года совместно с А. Д. Сахаровым отчёт, в котором анализировались многие научные аспекты нового принципа и возможности его применения для создания различных типов термоядерных зарядов. Значительным в разработке советской двухступенчатой термоядерной бомбы было также участие Виктора Давиденко, важный вклад в создание новой конструкции заряда внёс Юрий ТрутневНекоторые страницы истории создания термоядерного оружия СССР (Из материалов журнала «Атомная стратегия» № 18, август 2005 г.).
24 декабря 1954 года состоялся научно-технический совет КБ-11 под председательством И. В. Курчатова. В работе совета приняли участие министр среднего машиностроения В. А. Малышев, руководство КБ-11, научные работники и конструкторы-разработчики атомных зарядов. На заседании обсуждалась проблема создания водородной бомбы большой мощности на новом принципе (схема радиационной имплозии). В итоге было принято решение о начале работ над новой водородной бомбой, которая получила название «РДС-37».
По результатам проведённого совещания 31 мая 1955 года Завенягин сделал резолюцию: «Одобрить представленную КБ-11 схему экспериментального устройства РДС-37». В разработке столь сложной системы была особенно велика роль математических расчётов. Эти расчёты проводились в основном в Отделении прикладной математики Математического института АН СССР под общим руководством М. В. Келдыша и А. Н. Тихонова. Многие расчёты проводились на электронной машине «Стрела».
Конструкция При создании РДС-37 впервые использовался совершенно новый принцип — «атомное обжатие» (синоним: радиационная имплозия), то есть сжатие водородной бомбы — основного изделия (синонимы: термоядерного узла, вторичного узла, вторичного изделия, второй стадии) за счет энергии взрыва вспомогательной атомной бомбы — вспомогательного заряда (синонимы: первичного атомного заряда, первичного узла, первичного изделия, первой стадии), размещённых в полости одного сплошного радиационного корпуса, изготовленного из тяжёлого материала, например из урана-238.
Согласно принципу атомного обжатия (принцип окружения), перенос энергии первичного модуля к вторичному узлу (основное изделие) осуществлялся рентгеновским излучением, а для формирования направленности переноса энергии первичный и вторичный модули заключались в единую оболочку (так называемый «радиационный корпус»), обладавшую хорошим качеством для отражения рентгеновского излучения. Были также обеспечены меры, способствующие переносу рентгеновского излучения внутри заряда в нужном направлении.
Термоядерный узел (основное изделие, вторая стадия) по своему структурному типу аналогичен гетерогенному ядру РДС-6с, откорректированному для существенно иных граничных условий, определяющих имплозию. От РДС-6с он получил в «наследство» сферическую конфигурацию термоядерного узла, слоёную структуру горючего, состоящего из дейтерида лития-6 и урана-238, и урановое инициирующее ядро из урана-235. В термоядерном узле не использовался тритий, и термоядерным горючим был дейтерид лития-6, а основным делящимся материалом был U-238, то есть этот узел был по устройству аналогичен заряду РДС-27.
С целью уменьшения мощности бомбы с 3 мегатонн до 1,5 мегатонны часть термоядерного горючего, дейтерида лития-6, из внешнего слоя была заменена на инертный материал, состав которого не рассекречен (предположительно гидрид природного лития, возможно, какой-то пластик).
Снаружи на этот узел был нанесен слой «обмазки» из легких элементов. Состав «обмазки» не рассекречен, но можно предположить, что она состояла из окиси бериллия на пластиковом связующем, типа полистирольного клея. Обмазка могла также содержать бор для поглощения нейтронов. «Обмазка» превращала энергию рентгеновского излучения в энергию сжатия термоядерного узла.
Первичный атомный заряд по своему структурному типу аналогичен ядру атомной бомбы РДС-2 (или РДС-3), с усовершенствованной фокусирующей системой, откорректированному для существенно иных условий, задающих максимальный выход рентгеновского излучения, которое выполняет радиационную имплозию. В таком заряде не может использоваться тампер/отражатель нейтронов из «тяжёлого» материала (например, из U-238 или вольфрама), не пропускающий сквозь себя рентгеновские лучи.
Ядро вспомогательного атомного заряда (первой стадии) было так называемой «сплошной» конструкции, изготовлено из урана-233, для чего было изготовлено 6 кг этого изотопа. По информации из другого источника, оно могло содержать уран-233 и уран-235. Мощность взрыва вспомогательного заряда составляла около 70 килотонн тротилового эквивалента (ТЭ).
В дальнейшем предлагалось к изделиям РДС-37 подготовить новые атомные вспомогательные заряды (инициаторы) с меньшим количеством атомных взрывчатых веществ и без урана-233 (из плутония-239 и урана-235). Предполагалось также, что будет достаточно мощности взрыва около 30 килотонн ТЭ и что для вспомогательного заряда будет достаточно меньшего количества плутония-239 и урана-235. Предлагалось также использование в качестве инициатора так называемой «оболочечно-ядерной» конструкции (с использованием принципа «левитации»), на базе РДС-4 (с мощностью взрыва около 30 килотонн ТЭ).
Между основным (термоядерным) узлом и вспомогательным атомным зарядом (первой стадией) располагался достаточно громоздкий нейтронный экран.
Коэффициент усиления выделения энергии в РДС-37 составлял около двух порядков.
Подготовка к испытанию В специальном постановлении Совет Министров СССР выбрал для испытания полигон № 2 под Семипалатинском. Приказами от 12 и 13 октября 1955 года были перечислены основные задачи, касающиеся испытания бомбы-изделия РДС-37: прицельное бомбометание бомбы РДС-37 с самолёта; контроль работы автоматики бомбы на траектории бомбометания; охрану самолёта-носителя истребителями МиГ-17; забор проб продуктов взрыва на самолётах Ил-28, наблюдение за движением облака; управление полётами и оборудованием командных пунктов.
Общее руководство авиационным обеспечением испытаний было возложено на генерал-майора В. А. Чернореза. В качестве самолёта-носителя был определён самолёт Ту-16. Для обеспечения безопасности экипажа были проведены специальные мероприятия по защите самолёта-носителя от поражающих факторов ядерного взрыва. С нижней части поверхности фюзеляжа, оперения и крыльев был смыт лак. Все имеющие тёмный цвет поверхности были покрыты специальной белой краской. Была также произведена замена ряда уплотнений. С целью увеличения дистанции от места взрыва до самолёта-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 17 октября 1955 года, а 28 октября 1955 года они были доставлены на полигон № 2.
Нештатная ситуация на полигоне № 2 Бомба была подготовлена сотрудниками КБ-11 и передана для подвески к самолёту в 6 часов 45 минут 20 ноября 1955 года. Взлёт был произведён экипажем Ф. П. Головашко в 9 часов 30 минут с аэродрома Семипалатинска.
Самолёт набрал заданную высоту , но к моменту выполнения холостого захода на цель, вопреки прогнозам метеослужбы полигона и специалистов от главного метеоролога страны Е. К. Фёдорова, погода испортилась и полигон закрыло облачностью.
По запросу экипажа самолёту-носителю был разрешён холостой заход на цель с использованием радиолокационной установки самолёта. При выполнении холостого захода экипаж доложил об отказе радиолокационного прицела и отсутствии возможности выполнять задание по прицельному сбрасыванию изделия.
Впервые в практике ядерных испытаний встал вопрос о вынужденной посадке самолёта с термоядерной экспериментальной бомбой громадной мощности. На запросы экипажа о его действиях с Центрального командного пункта следовал ответ: «Ждите». В связи со сложившейся ситуацией на ЦКП было утрачено спокойствие, последовала серия советов, вопросов и предложений. Возникло предложение сбросить бомбу в горах вдали от населённых пунктов на «не взрыв» — без задействования автоматики инициирования ядерного взрыва. Этот вариант был исключён по многим причинам. Учитывая результаты отработки изделия РДС-6с совместно с самолётом-носителем, рассматривалась возможность и допустимость посадки самолёта-носителя с изделием. Запаса горючего на самолёте оставалось всё меньше и меньше, требовалось незамедлительно принимать решение.
Самолёту с бомбой было дано разрешение на посадку только после того, как Я. Б. Зельдович и А. Д. Сахаров дали письменное заключение о безопасности посадки самолёта с зарядом, а специалисты ВВС проанализировали все сценарии аварийной ситуации при посадке самолёта.
Лётчики снизились до высоты круга 400 метров, прошли над полосой и со второго захода совершили посадку. Выпустили шасси, начали снижение. Самолёт выровняли в начале взлётно-посадочной полосы и очень плавно приземлились, коснулись бетонной полосы одновременно обеими стойками шасси. Посадка была такая гладкая, хорошая, что просто невозможно было определить, сел самолёт или ещё в полёте. Командир экипажа майор Ф. П. Головашко вложил всё своё умение в технику пилотирования, чтобы так хорошо посадить самолёт. Впоследствии за этот полёт и посадку Головашко получил звание Героя Советского Союза.
Посадка была произведена на аэродром Семипалатинска в 12 часов 00 минут. Общая продолжительность полёта составила 2 часа 30 минут. Бомба была снята с самолёта и передана сборочной бригаде КБ-11 для проверки и повторной подготовки к испытаниям. Самолёт готовился к очередному полёту. После разбора случившегося было принято решение лётные испытания изделия РДС-37 провести через день — 22 ноября 1955 года.
Причина отказа радиолокационного прицела была устранена в лабораторных условиях представителями ленинградского завода № 283 Министерства авиапромышленности.