Дальнейшие лётно-баллистические испытания изделия с «облагороженными» обводами корпуса и другими конструктивными уточнениями продолжались на базе 71-го Полигона ВВС. Внешнетраекторные измерения проводились с использованием кинотеодолитов. Затем были разработаны радиолокационные установки типа «Амур», «Кама», которые в комплексе с кинотеодолитами значительно расширили возможности проведения внешнетраекторных измерений.
После первого этапа лётно-баллистических испытаний на смену массогабаритным макетам пришли более усложнённые комплектации, которые позволяли получать данные по линейным ускорениям и вибрационным перегрузкам, действующим на изделие при его падении, а также получить более точные оценки по колебаниям и вращению. Для отработки и оценки аэробаллистики изделия 501, а также получения других траекторных характеристик потребовалось тридцать бомбометаний с самолёта-носителя Ту-4.
К отработке системы автоматики ядерного боеприпаса, содержащего заряд со взрывчатым веществом (ВВ) и делящимися материалами (ДМ), предъявлялись повышенные требования, поскольку требовалась выдача автоматики с высокой надёжностью инициирующих воздействий на заряд для реализации ядерного взрыва в заданной точке при боевом применении. Вместе с тем для обеспечения ядерной безопасности должна была исключаться возможность выдачи таких воздействий на заряд на всех других этапах цикла, в том числе при аварийных ситуациях и несанкционированных действиях.
В составе системы автоматики предусматривались её низковольтная часть, включавшая отдельные элементы предохранения и взведения с датчиками различных типов и источники питания, высоковольтная часть с устройствами подрыва и синхронного инициирования капсюлей детонаторов. Для надёжности в системе автоматики изделия предусматривалось резервирование – автоматика строилась по двухканальной схеме. Разрабатывались приборы и датчики, действующие на различных физических принципах: барометрическом, радиотехническом и временном.
Одной из задач при испытаниях были отработка и выбор наиболее подходящих источников питания. В состав автоматики по результатам испытаний были рекомендованы аккумуляторные батареи. Одновременно с источником питания испытывались электрозамки и чеки, надёжно отключающие питание от основной схемы:
– электрозамки (с криптостойкостью замков автомобильного типа) включались после подвески изделия на самолёт перед вылетом на задание; ключи от электрозамков каждого канала передавались командиру экипажа для использования при вынужденных посадках;
– чеки как элемент предохранения действовали до момента физического отделения изделия от самолёта. Обеспечивалась возможность аварийного сбрасывания изделия на «не-взрыв»: по команде экипажа изделие отделялось от самолёта с неизвлечёнными чеками и обесточенной схемой автоматики.
По схеме автоматики предусматривалось применение датчиков пусковой высоты, вырабатывающих команды на промежуточных высотах падения изделия, и датчиков критической высоты, дающих команду на взрыв изделия при достижении заданной высоты над целью.
В качестве датчиков пусковой высоты испытывались два прибора: один – барометрического типа, а второй – временного. Датчики критической высоты разрабатывались двух типов: радиолокационный и барометрический.
Важнейшая часть автоматики – высоковольтная система подрыва и синхронного инициирования. Особое внимание уделялось вопросам надёжности высоковольтных узлов и точности (одновременности) срабатывания капсюлей-детонаторов при обеспечении мер безопасности.
Изделия, имеющие в составе ВВ и ДМ, в принципе потенциально опасны, в том числе и ядерно опасны, что обусловлено наличием в их составе автоматики, содержащей все компоненты для инициирования взрыва заряда. Это диктовало необходимость схемных решений, которые гарантированно исключали бы несанкционированное инициирование заряда. Наряду с решениями, реализуемыми через построение схемы автоматики, рассматривался комплекс организационных и технических мер безопасности для этапов подготовки и проведения ядерных испытаний.
Не хватало информации по безопасности экипажей и самолётов в полёте при воздействии поражающих факторов взрыва, требовалось более глубокое исследование, в том числе и на основе постепенного накопления экспериментальных данных.
К 1949 году на 71-м Полигоне ВВС были практически завершены основные испытания изделия 501. Лётные испытания изделий проводились при непосредственном участии разработчиков.
Результаты отработки и испытаний изделия 501 и самолёта-носителя Ту-4 подтвердили возможность ядерных испытаний РДС-1 при бомбометании с самолёта-носителя Ту-4. Однако в связи с неопределённостью вопроса о мощности взрыва и недостаточной изученностью механизма воздействия его поражающих факторов на самолёт-носитель руководство приняло решение испытать РДС-1 в стационарном режиме (на вышке), что и было реализовано 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне. Испытание воздействия поражающих факторов ядерного взрыва на самолёт и находящихся на его борту провёл экипаж капитана Усачёва К. И. на самолёте Ту-4.
Таким образом, 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне был испытан первый ядерный заряд РДС-1, установленный на башне высотой 37,5 м, имевший мощность 22 кт. Через двадцать минут после взрыва в самый его эпицентр отправились два танка, оборудованных дозиметрическими приборами. Защиту экипажа от радиации обеспечивали специальные свинцовые листы. Танковая разведка установила, что в эпицентре радиация составляла более 1800 Р/ч (доза облучения в 600 Р в 50 % случаев приводит к летальному исходу). На месте центральной башни образовалась воронка диаметром три и глубиной полтора метра. Промышленные здания на расстоянии до пятидесяти метров от эпицентра были полностью разрушены, железнодорожный мост – сорван с опор и отброшен в сторону. От железнодорожного пути, соединявшего башню со зданием, где собирался заряд, остались лишь разбросанные в радиусе 25 м куски рельсов, некоторые из них были оплавлены. Само здание было полностью уничтожено. В радиусе 25 м от центра грунт превратился в мелкую пыль, а дальше шла легко ломавшаяся оплавленная корка.
Вот что рассказывает участник тех событий, полковник Т. Шевченко: «По назначенному маршруту мы двинулись к своим объектам и сразу попали в сплошное облако пыли и гари. Было душно и жарко, но окна в машине открывать запретили, дабы “защититься от проникающей радиации". В пяти-шести километрах от взрыва стали попадаться отдельные животные, которые сорвались с привязи и тупо брели кто куда. Вид у них был жалкий и страшный: обожжённые туловища, слезящиеся или ослепшие глаза. Они шарахались от нас с подвывом и стоном. Ближе к эпицентру взрыва стали встречаться потоки расплавленного металла в виде множества разбросанных и красиво оплавленных шариков… Кругом валялась искорёженная боевая техника… Что могло гореть – горело… Отовсюду слышались стон, вой и лай животных. Это было кошмарное зрелище».
Радиоактивный след от первого ЯВ 29 августа 1949 года мощностью всего 22 кт накрыл одиннадцать административных районов Алтайского края. Средние индивидуальные дозы внешнего облучения у группы населения численностью четыре с половиной тысячи человек составили около 46 рентген.
В результате успешного испытания первого ядерного заряда в октябре 1949 года его участники получили награды.
Постановление о награждении участников испытаний первого ядерного заряда
Отдельной строкой Постановления был также поощрён и Курчатов И. В. Не был забыт и Берия Л. П.
Постановление о награждении Берии Л. П.
Параллельно с разработкой РДС-1 в КБ-11 начались работы по созданию нового заряда повышенной эффективности с улучшенными массогабаритными характеристиками. На 71-м Полигоне ВВС с 1950 года также начались наземные и лётные испытания, соответственно, нового изделия – 501-М. Для проверки готовности изделия 501-М (РДС-3) к испытаниям совместным решением ПГУ и ВВС была назначена Государственная комиссия. В решении отмечалось, что испытания проводятся в 1951 году по программе ПГУ. Ответственный руководитель от ПГУ – Павлов Н. И., а научный руководитель – Щёлкин К. И. В состав Государственной комиссии наряду с разработчиками изделия от КБ-11 были также включены инженеры-испытатели 71-го Полигона ВВС. В мае – июне испытания проводились с подтверждением завершённости отработки изделия 501-М и готовности к проведению воздушных ядерных испытаний с самолёта-носителя Ту-4.
В качестве самолёта-носителя атомной бомбы был определён самолёт Ту-4, разработанный ОКБ Туполева. Он подлежал доработке и переоборудованию по требованиям, отработанным КБ-11 Минсредмаша и специальным отделом при Главкоме ВВС совместно с 71-м Полигоном ВВС. Доработки самолёта Ту-4 сводились к следующему:
– создание в габаритах бомбового отсека практически новой бомбардировочной установки, обеспечивающей подъём изделия с помощью лебёдок и его закрепление на мосту через замок-держатель с управляемым электрическим приводом сбрасывания;
– обеспечение электрической стыковки бортового самолётного оборудования с изделием через специальный разъём (ОГШР), закрепление тросовчек изделия и управление ими при сбрасывании на «взрыв» или «невзрыв»;
– утепление и частичная герметизация бомбового отсека с оснащением электрической системой обогрева и контролем температурного режима в бомбоотсеке. В полёте должна поддерживаться температура не ниже заданной при наружной температуре до минус 50–60 °C;
– установка в кабине штурмана-оператора пульта управления, соединяющегося с изделием до физического отделения его от бомбардировочной установки. Через пульт управления осуществляется контроль автоматики изделия, его источников питания и ввод «уставок» для различных датчиков в соответствии с заданными режимами полёта и применения изделия;
– доработка оптического прицела бомбометания в части расширения диапазона баллистических характеристик с введением механизма управления выдачей по каналам УКВ и КВ радиосвязи тонально-модулированных сигналов;