Ядерное и термоядерное оружие СССР в 1949-1990 годы

Совершенствование ядерного оружия определяется, с одной стороны, уровнем достигнутого научно-технического прогресса в разработке ядерных зарядов и средств их доставки, а, с другой стороны, степенью адекватности этих достижений требованиям военно-технических и военно-политических задач.

Проектирование ядерных зарядов (ЯЗ), являющееся отправным элементом создания новых видов ЯЗ или модернизации ранее разработанных ЯЗ, неразрывно связано с ядерными испытаниями. Эта связь определяется накопленным практическим опытом разработки ядерных зарядов различных типов, развитием системы физико-математического моделирования процессов, происходящих в ЯЗ и степенью адекватности расчётных параметров результатам ядерных испытаний. Уровень достоверности и универсальности системы физико-математического моделирования является одним из ключевых элементов в технологии создания ЯЗ. Это качество определяется, с одной стороны, уровнем развития собственно физических моделей и возможностями вычислительной техники, а с другой стороны, объёмом проверки их выводов в разнообразных ситуациях, складывающихся в конкретных ядерных испытаниях. В этом плане каждое ядерное испытание (удачное или неудачное испытание конкретного ЯЗ) вносит свой вклад в общую технологию проектирования ядерного оружия, хотя размер и значение этих вкладов могут существенно варьировать для различных экспериментов. Очевидно также, что достаточность развитой системы проектирования ЯЗ зависит также от конкретного характера решаемых задач. По мере накопления экспериментального опыта и совершенствования моделей система проектирования может в ряде вопросов заменять ядерные испытания. Конкретные характеристики развитой системы проектирования ЯЗ, особенности боеприпасов созданного ядерного арсенала, характер возможных изменений технологии производства и эксплуатации, предъявляемые требования к ЯЗ определяют возможности поддержания созданного ядерного арсенала и разработки новых видов ЯЗ в условиях запрещения (моратория) ядерных испытаний.

На первых этапах ядерных программ США и СССР работы в практическом плане были направлены на улучшение массогабаритных характеристик этих зарядов, более эффективное использование делящихся материалов, повышение стабильности параметров ЯЗ в различных ситуациях. Эти работы были связаны с проведением значительного количества ядерных испытаний, в которых апробировались конкретные технические решения перечисленных вопросов.

Известно, что в этих целях, например:

совершенствовалась система передачи энергии взрыва химических ВВ массе делящихся материалов;

исследовались способы повышения КПД сгорания плутония;

повышались энергетические характеристики используемых взрывчатых составов;

развивалась система подрыва взрывчатки;

совершенствовались источники нейтронного инициирования цепной реакции ЯЗ;

улучшалось качество делящихся материалов и материалов нейтронных отражателей.

Конечно, для того времени проведение данных экспериментов было целесообразно и оправдано. Вместе с тем, не вызывает сомнений и то, что в данное время системы проектирования многих подобных ЯЗ достаточны для разработки аналогов таких зарядов без ядерных испытаний.

Ядерные испытания, проводившиеся в рассматриваемых целях, предоставляли конкретную информацию в отношении энерговыделения ядерного взрыва, параметров нейтронного и гамма-излучения, сопровождающего деление ядер, и тем самым позволяли тестировать и развивать наряду с лабораторными экспериментами систему проектирования ЯЗ.

Одной из общих черт развития ядерного оружия СССР и США является то, что оба государства создали свои системы ядерных вооружений на основе плутония, как определяющего делящегося материала первичных модулей и автономных ЯЗ. Использование плутония позволило, благодаря его высоким нейтронно-размножающим свойствам, достигнуть существенного продвижения в таких параметрах, как габаритно-массовые параметры ЯЗ, отношение „энерговыделение-масса", и адаптировать ядерное оружие для целей различных видов Вооружённых Сил. Вместе с тем этот подход обусловил проблему аварийной радиационной взрывобезопасности ЯЗ, связанную с опасностью загрязнения окружающей среды активностью плутония при авариях с ЯЗ, и привёл к значительному развитию радиационно-опасных технологий, связанных с производством, выделением и обработкой плутония. При этом необходимо иметь в виду, что в том случае, если бы не удалось получить такой материал, как плутоний, системы ядерного оружия США и СССР, конечно, были бы созданы, хотя история их развития и характеристики были бы, конечно, другими.

В подавляющем большинстве ядерных испытаний определялись параметры, характеризующие эффективность сжатия плутония, входящего в состав ЯЗ, а также влияние на неё различных изменений, вносимых в схему отдельных конкретных зарядов. Эти исследования, а также гидродинамические лабораторные эксперименты, гидроядерные эксперименты и нейтронно-физические эксперименты с критическими сборками позволили создать достаточно информативную картину поведения блоков с плутонием в различных условиях его взрывного нагружения, характерных для ядерных зарядов.

В течение 1956 года совершенствование ядерных зарядов было связано, в основном, с модернизацией первичного атомного заряда, использовавшегося в РДС-37 с целью повышения его экономичности. Эта задача была успешно решена в КБ-11.

Термоядерные заряды второго поколения

После создания РДС-37 начались интенсивные работы по развитию нового принципа и созданию новых термоядерных зарядов. Работы были связаны в основном со следующими направлениями:

улучшением габаритных параметров зарядов и их адаптации к конкретным носителям;

усилением имплозии как за счёт оптимизации структуры вторичного модуля, так и за счёт изменения способов влияния энергии излучения на режим имплозии;

исследованием способов симметризации имплозии вторичного модуля;

повышением энерговыделения термоядерного оружия;

созданием новых первичных источников энергии.

Возник мощный интеллектуальный импульс, который временами приобретал характер лихорадочной деятельности. Произошло дробление коллектива интеллектуальных лидеров, которое усугублялось выделением из КБ-11 (Саров) второго ядерного института -- НИИ-1011 (Снежинск) и необходимостью самоутверждения нового ядерного центра. В период „термоядерной лихорадки" 1956-1958 годов (3 ноября 1958 года закончились ядерные испытания, и начался первый мораторий на их проведение) в СССР было проведено 59 ядерных испытаний, что в 2,5 раза превышает их количество в период 1949-1955 годов. Общий мегатоннаж ядерных испытаний к концу 1958 года составил 27 Мт, причём 90% его приходится на 1956-1958 годы. Для поддержки реализации программы создания термоядерного оружия был создан Северный испытательный полигон на островах Новая Земля, на котором было проведено к началу моратория 29 ядерных испытаний с общим мегатоннажем в 20,7 Мт. Приведём некоторые интегральные характеристики ядерных испытаний 1956-1958 годов, которые характеризуют общие особенности работ этого периода:

29 ядерных испытаний было направлено непосредственно на создание и отработку двухстадийных термоядерных зарядов, причём 12 испытаний оказались неудачными;

16 ядерных испытаний использовали заряды, разработанные в КБ-11, а 13 ядерных испытаний -- заряды, разработанные в НИИ-1011.

Особо следует остановиться на работах 1958 года. В этом году был испытан новый тип термоядерного заряда „изделие 49", которое явилось следующим шагом в формировании эталона термоядерных зарядов (его разработка была завершена в 1957 году). Идеологами этого проекта и разработчиками физической схемы заряда были Ю.А. Трутнев и Ю.Н. Бабаев. Особенность нового заряда состояла в том, что при использовании основных принципов РДС-37 в нём удалось:

существенно уменьшить габаритные параметры за счёт нового смелого решения задачи переноса рентгеновского излучения, определяющего имплозию;

упростить слоёную структуру вторичного модуля, что оказалось чрезвычайно важным практическим решением.

По условиям адаптации к конкретным носителям „изделие 49" разрабатывалось в меньшей габаритно-весовой категории по сравнению с зарядом РДС-37, однако его удельное объёмное энерговыделение оказалось в 2,4 раза больше. Физическая схема заряда оказалась исключительно удачной, заряд был передан на вооружение и впоследствии подвергался модернизации, связанной с заменой первичных источников энергии.

Для „изделия 49" первичный атомный заряд был испытан автономно ещё в 1957 году. В ходе этой разработки удалось существенно (в 1,5 раза) уменьшить размер первичного атомного заряда, обеспечив при этом его достаточно высокое энерговыделение.

В 1958 году было проведено 18 испытаний двухстадийных термоядерных зарядов (10 испытаний семи новых систем, разработанных в КБ-11, и 8 испытаний систем, разработанных в НИИ-1011). Из этих испытаний термоядерных устройств 12 испытаний были успешными. Среди 10 испытаний термоядерных зарядов КБ-11 8 испытаний относились к устройствам, созданным на основе „изделия 49". Их энерговыделение находилось в пределах от 0,2 до 2,8 Мт.

В конце 1958 года КБ-11 был успешно испытан новый термоядерный заряд по схеме изделия 49 для оснащения стратегической МБР Р-7А. По сравнению с зарядом, разработанным для оснащения первого варианта этой МБР Р-7, при сохранении энерговыделения были радикально уменьшены массогабаритные параметры заряда (диаметр заряда был уменьшен в 1,75 раза). В качестве первичного атомного заряда использовался заряд с газовым Т-Д бустингом. В этой же серии испытаний термоядерных зарядов на бустированный атомный заряд было переведено и само „изделие 49".

Отметим, что в 1958 году под руководством Ю.А. Трутнева был разработан самый лёгкий к тому времени термоядерный заряд по схеме „изделия 49", который также был успешно испытан. Работы по миниатюризации термоядерного оружия были в то время новым делом, и они встречались с определённым непониманием и сопротивлением. Ю.А. Трутнев являлся инициатором этого направления деятельности, которую считал исключительно перспективной и энергично отстаивал. Эта позиция была понята и оценена И.В. Курчатовым, который его поддержал, что решило вопрос об отработке этого нового термоядерного заряда в 1958 году.

Успешная разработка „минимального" термоядерного заряда в 1958 году также была связана с использованием бустированного атомного заряда, в котором удалось ещё существенно уменьшить массогабаритные параметры.

Осенью 1958 года СССР вступил в совместный с США мораторий на ядерные испытания. Не касаясь политической стороны вопроса, отметим, что для СССР это было в военно-техническом отношении неудачное решение. США к этому времени провели 196 ядерных испытаний и создали мощный термоядерный арсенал, в состав которого входило 7500 ядерных и термоядерных зарядов. Его общий мегатоннаж составлял в 1958 году 17,3 Гт. В период моратория в 1960 году численность боезарядов ядерного арсенала США возросла до 18 600, а его общий мегатоннаж составлял при этом 20,5 Гт. Эти цифры показывают, что необходимый уровень мегатоннажа был уже набран, и происходила диверсификация возможностей ядерного арсенала США за счёт увеличения его численности.

Общее число типов ядерных и термоядерных зарядов США, разработанных до моратория и переданных на вооружение (до или после моратория), может быть оценено в 35-40, а общий объём их производства оценивается в 40000 единиц.

Ничем подобным СССР не располагал. Это был период безусловного ядерного превосходства США, и в их интересах было „заморозить" это положение. В СССР к этому времени уже было создано „изделие 49" и ряд других термоядерных зарядов, однако ещё не было достигнуто необходимое тиражирование термоядерных зарядов в различные габаритно-массовые категории. Необходимо было решить и задачу создания „сверхмощных" термоядерных зарядов, с тем, чтобы в какой-то степени парировать огромное превосходство термоядерного арсенала США. Без ядерных испытаний это сделать было невозможно, и наступил опасный период роста ядерных возможностей США в период моратория, опиравшийся на внедрение отработанной ими к тому времени системы ядерных и термоядерных зарядов.

Наши политики рассуждали о безъядерном мире, о полном запрещении ядерных испытаний, а СССР был окружён сетью военных баз США и НАТО, опираясь на которые США реально могли уничтожить наше государство в термоядерной войне. При этом возможности ответной значимой угрозы для американского государства у нас практически отсутствовали.

В связи с обострением советско-американских отношений 1 сентября 1961 года мораторий на ядерные испытания был прерван, и наступил период отработки нового поколения термоядерных зарядов СССР. Этот период продолжался всего 16 месяцев, однако его было достаточно для практического создания основы термоядерного арсенала СССР. В этот период было проведено 138 ядерных испытаний, в том числе 55 испытаний, непосредственно относившихся к отработке термоядерных зарядов с общим мегатоннажем около 220 Мт. Работа временами приобретала острый конкурентный характер, и два ядерных института выходили на испытания с близкими проектами. Из рассматриваемого общего числа испытаний собственно термоядерных зарядов 35 ядерных испытаний были связаны с разработками КБ-11, а 20 ядерных испытаний -- с разработками НИИ-1011. Не все эти испытания были удачными: на долю КБ-11 приходится 7 неудачных испытаний и на долю НИИ-1011 -- 7 неудачных испытаний.

Все разработки термоядерных зарядов в КБ-11 в 1961 и 1962 году проводились под руководством А.Д. Сахарова, Ю.А. Трутнева и Ю.Н. Бабаева. Каждую разработку курировал, как правило, один из этих лидеров, иногда руководство осуществлялось совместно. Ю.А. Трутнев являлся при этом также активным разработчиком конкретных образцов термоядерных зарядов.

В ходе ядерных испытаний, проводившихся с системами, разработанными в КБ-11, были созданы новые термоядерные заряды с энерговыделением от 100 кт до 100 Мт.

В 1955 году была начата разработка первой стратегической ракеты средней дальности Р-12, которая являлась первой ракетой, использовавшей хранение компонент топлива. Ракета Р-12 представляла собой одноступенчатую ракету с отделявшейся головной частью. Масса ракеты составляла 47,1 тонн. Масса головной части составляла 1,6 тонны, дальность ракеты -- 2080 км. Ракета была принята на вооружение 4 марта 1959 года. В 1961 году состоялись уникальные испытания этих ракет совместно с испытанием термоядерного боеприпаса на основе „изделия 49". 12 и 16 сентября со стартовых позиций, расположенных на континентальной части СССР, были осуществлены пуски ракет Р-12 на территорию испытательной площадки Новоземельского полигона. Ракеты достигли цели и над территорией площадки на высоте более 1 км были успешно осуществлены термоядерные взрывы их боеприпасов. Это были первые комплексные испытания баллистических ракет совместно с термоядерным боевым оснащением.

8 сентября 1962 года в ходе комплексных испытаний был осуществлён пуск следующей стратегической ракеты средней дальности Р-14, также оснащённой термоядерным зарядом разработки Ю.А. Трутнева и Ю.Н. Бабаева. Ракета достигла территории испытательной площадки, и над ней был произведён воздушный взрыв со значительно большим энерговыделением, чем в 1961 году. Разработка ракеты Р-14 была начата в 1958 году, а 24 апреля 1961 года она была принята на вооружение. Так же как и ракета Р-12, эта была одноступенчатая баллистическая ракета, которая имела большие размеры и обладала вдвое большей дальностью, что позволяло ей осуществлять контроль над европейским пространством.

Разработчиком ракет Р-12 и Р-14 являлось КБ „Южное". Ракеты Р-12 (и их модернизация Р-12У) были развёрнуты в максимальном количестве до 608 пусковых установок, а ракеты Р-14 (и их модернизация Р-14У) были развёрнуты в максимальном количестве 97 пусковых установок. Эти ракеты до середины 60-х годов вместе с МБР Р-16 являлись основой стратегических ядерных сил СССР, и они находились на вооружении до начала 80-х годов ХХ века.

Следует остановиться подробнее на разработке самого мощного термоядерного заряда с энерговыделением в 100 Мт. Вопросы возможности создания сверхбомбы рассматривались уже в самом начале 1956 года (А.Д. Сахаров, Я.Б. Зельдович, В.А. Давиденко).

Идея сверхбомбы неоднократно рассматривалась в США. В 1954 году Эдвард Теллер высказал идею о возможности разработки термоядерного заряда с энерговыделением в 10000 Мт. В 1956 году Пентагон вырабатывал требования к боеголовкам мощностью в 100 Мт, а Лос-Аламосская лаборатория обосновала возможность создания термоядерного заряда с энерговыделением в 1000 Мт.

Первоначально разработка заряда сверхбольшой мощности была начата в 1956 году в НИИ-1011 и получила название „проект 202". Этот проект представлял собой развитие принципов РДС-37 и был ориентирован на достижение энерговыделения в 30 Мт. В качестве боеприпаса, использующего такой термоядерный заряд, предполагалась авиабомба, для которой был разработан необходимый корпус и парашютная система. Следует отметить, что по своим габаритным характеристикам эта авиабомба не помещалась внутри бомбового отсека тяжелого бомбардировщика ТУ-95, который поступил на вооружение в 1957 году. „Проект 202" не был реализован.

После окончания моратория в 1961 году к задаче создания сверхбомбы вернулись, но теперь речь уже шла о термоядерном заряде с энерговыделением 100 Мт, который должен был размещаться в авиабомбе, разработанной по „проекту 202". На этом этапе разработка нового сверхмощного заряда проводилась в КБ-11 по инициативе Ю.А. Трутнева и А.Д. Сахарова, в состав авторского коллектива входили также Ю.Н. Бабаев, В.Б. Адамский и Ю.Н. Смирнов. Оригинальные решения и накопленный опыт позволили исключительно быстро реализовать эту разработку, и заряд был успешно испытан 30 октября 1961 года.

Среди особенностей этого заряда следует отметить то обстоятельство, что большой объём заряда (обусловленный его высоким энерговыделением), требовал значительных количеств энергии рентгеновского излучения для осуществления имплозии. Разработанные ядерные заряды не удовлетворяли этому условию, и поэтому в качестве первичного источника „сверхмощного заряда" использовался разработанный ранее двухстадийный термоядерный заряд с относительно небольшим энерговыделением. Этот заряд был ранее разработан Ю.А. Трутневым и Ю.Н. Бабаевым.

Другая особенность сверхмощного заряда была связана с обеспечением его натурных испытаний. Полномасштабное испытание заряда с энерговыделением в 100 Мт привело бы к значительному выходу радиоактивности, определяемой продуктами деления U-238. Кроме того, по специфике условий сброса авиабомбы, в которой находился заряд, высота взрыва была недостаточна, чтобы исключить касание поверхности земли огненным шаром взрыва, а в этом случае произошло бы значительное радиоактивное загрязнение полигона. Поэтому А.Д. Сахаровым было предложено и реализовано проведение неполномасштабного испытания сверхбомбы, во вторичном модуле которой U-238 был заменён на пассивные материалы, которые не делятся и не активируются значимым образом термоядерными нейтронами. Кроме того, снижение уровня энерговыделения до 50 Мт позволило избежать и касания грунта огненным шаром взрыва. Таким образом, несмотря на огромное энерговыделение, это испытание было проведено экологически относительно безопасным образом. Доля энерговыделения, определяемого реакциями деления, составила при этом 3%.

Термоядерный заряд сработал в расчётном режиме, энерговыделение взрыва составило 50 Мт, и, тем самым, сверхбомба с полномасштабным энерговыделением в 100 Мт была создана. Хотя этот заряд не был поставлен на вооружение (баллистические ракеты, которые стали рассматриваться в качестве основного средства доставки ядерного оружия, не обладали достаточной грузоподъёмностью), тем не менее, создание и испытание сверхбомбы имели большое политическое значение, продемонстрировав, что СССР решил задачу достижения практически любого уровня мегатоннажа ядерного арсенала. Любопытно отметить, что после этого прекратился рост мегатоннажа ядерного арсенала США.

В 1962 году Ю.А. Трутневым и В.С. Лебедевым был разработан уменьшенный вариант сверхбомбы с энерговыделением в 2,5 раза меньше, чем вариант 1961 года. Уменьшение энерговыделения и габаритно-массовых параметров позволяло рассчитывать на оснащение таким зарядом тяжёлой МБР. Испытание заряда производилось в неполномасштабном варианте с использованием пассивных материалов, существенно уменьшивших (так же как и в испытании 1961 года) выход радиоактивности в испытательном взрыве.

Отметим для сравнения, что самый мощный термоядерный заряд США Mk-41 имел энерговыделение 25 Мт и был испытан в 1958 году в неполномасштабном варианте повышенной чистоты с энерговыделением около 9 Мт и долей энерговыделения, определяемого реакциями деления, в 5%. Этот заряд стоял на вооружении в составе авиабомбы до 1977 года.

В результате ядерных испытаний 1961-1962 годов СССР сделал новый рывок в разработке широкой номенклатуры атомных и термоядерных зарядов для оснащения Вооружённых Сил. С сентября 1961 по декабрь 1962 года было проведено 138 ядерных испытаний.

К началу 60-х годов КБ-11 и НИИ-1011, являвшиеся по своей сути научно-производственными комплексами, существенно выросли как по численности специалистов, так и по производственной мощности заводов и цехов, аппаратурной оснащённости лабораторных и исследовательских подразделений. Произошли и структурные преобразования. Административно и функционально организации разделились на четыре основных блока:

физико-теоретические, экспериментальные и расчётные подразделения;

конструкторское бюро по разработке и испытаниям ядерных зарядов;

конструкторское бюро по разработке ядерных боевых частей и боеприпасов;

опытное производство (заводы).

Возросший научно-производственный потенциал и новая структура позволили сконцентрировать усилия и все средства на решении главной задачи -- создании ядерного щита государства. Полигонные испытания, начавшиеся в сентябре 1961 года, сыграли решающую роль в решении этой задачи. В течение предельно короткого срока были разработаны и испытаны новые, более совершенные конструкции термоядерных зарядов, экспериментально подтверждены их расчётные характеристики, уровень безопасности, надёжности.

В период проведения ядерных испытаний 1961-1962 года решались следующие основные задачи:

1. Испытания термоядерных зарядов для разрабатываемых МБР и других систем вооружения.

2. Создание мощных термоядерных зарядов для будущих тяжёлых МБР.

3. Повышение удельной мощности термоядерных зарядов, испытанных до заключения трёхстороннего моратория 1958 года.

4. Разработка малогабаритных атомных зарядов с высокими удельными характеристиками.

5. Проверка ядерной взрывобезопасности атомных зарядов в режиме одноточечного инициирования.

6. Проверка надёжности атомных и термоядерных зарядов.

7. Экспериментальная проверка новых физических идей и технических решений, связанных с совершенствованием элементов атомных зарядов.

8. Полигонные опыты с целью изучения физических основ разработки ядерных взрывных систем.

Для повышения удельной мощности значительные усилия были сосредоточены на совершенствовании первичных атомных зарядов, снижении их массы, габаритов, и именно в этом направлении удалось добиться значительных успехов. За счёт поэтапного улучшения тактико-технических характеристик первичных модулей были разработаны термоядерные заряды с более высокими удельными показателями мощности и более совершенные по другим тактико-техническим характеристикам. Впоследствии они были переданы на вооружение с соответствующими ГЧ.

После испытаний прошли полномасштабную лабораторно-конструкторскую отработку и были переданы в серийное производство целый ряд термоядерных зарядов, атомных зарядов и первичных инициаторов разработки КБ-11. Эти заряды поступили на вооружение для боевого оснащения ядерного оружия различного назначения, прежде всего стратегического.

В некоторых экспериментальных зарядах в процессе полигонных испытаний не была подтверждена расчётная мощность. Часть термоядерных зарядов определённых весовых категорий, имея даже очень высокие удельные показатели, не нашла реального применения из-за несоответствия массы зарядов и полезной нагрузки МБР.

Испытаниями 1961-1962 годов, в особенности испытаниями сверхмощных зарядов, СССР продемонстрировал значительные успехи в ядерных технологиях. В результате испытаний разрыв между СССР и США в количестве полигонных экспериментов существенно сократился.

К середине 1963 года, то есть к окончанию эпохи атмосферных ядерных испытаний СССР произвел 221 ядерный взрыв, США -- 333 ядерных взрыва.