Новому КБ № 11 под руководством П. М. Зернова сразу же было определено конкретное задание: проектирование атомных бомб двух видов – плутониевой и урановой, разработка, изготовление и испытание их основных узлов и деталей. Необходимо было представить на испытания не просто взрывное устройство с урановой или плутониевой начинкой, а готовую к использованию авиационную бомбу с ядерным зарядом двух видов. То есть хотели, чтобы все было как у американцев в августе 1945 г., когда на Хиросиму сбросили бомбу с урановым зарядом, а на Нагасаки – с плутониевым. Все это было указано в тактико-техническом задании (ТТЗ), подписанном Ю. Б. Харитоном 1 июля 1946 г. и направленном начальнику ПГУ Б. Л. Ванникову. По ТТЗ были определены размеры бомбы: длина не больше 5 м, диаметр 1,5 м, вес 5 т. Разместить как-то на внешней подвеске такую бомбу в 1946 г. еще было можно, а вот поднять в воздух пятитонную махину мог наверно только один советский самолет, Пе-8, который с перегрузом брал до 5 т бомбовой нагрузки. И туполевское КБ для надежности заставили копировать попавший к нам нечаянно американский Б-29. Серийно его начнут выпускать летом 1947 г. и назовут Ту-4.
Через год, к весне 1947 г., КБ-11 стало перемещать свои лаборатории и подразделения в Саров. Так началась работа так называемого Арзамаса-16. Транспортная и почтовая связь с Москвой нового конструкторско-производственного подразделения уранового проекта осуществлялась ежедневно, по воздуху, самолетом Ли-2. Охраняла объект войсковая часть 54194. Промышленные предприятия и жилье строили, как в то время было принято в секретных зонах, заключенные. Последний дом заключенными здесь был сдан в 1958 г., после чего их сменили военно-строительные части.
Специалистов, приезжавших в КБ-11 на работу в 1947 г. из голодной Москвы, буквально потрясало, что питание в столовой было трехразовым, бескарточным, кроме того, работникам выдавали карточки рабочих и дополнительные карточки, а еще и так называемые литерные. С промтоварами было гораздо хуже, но это уже волновало намного меньше. Семьям, заселяющимся в новые дома, предоставлялись мебель, полный комплект постельного белья и посуды, и все это в кредит, необременительный для работника. Словом, социализм в полном его великолепии в отдельно взятом небольшом секретном городе.
В течение второй половины 1947 и всего 1948 г. в КБ-11 шла упорная экспериментальная работа по созданию как самого заряда и его компонентов, так и его внешней оболочки. Внешней оболочкой, то есть авиационной бомбой, КБ-11 могло бы и не заниматься, для этого имелись специалисты по авиационным боеприпасам. Однако подход авиаспециалистов к атомной бомбе как к обычному боеприпасу оказался неприемлемым, требовалась особая стабилизация этой бомбы в полете. Обводы атомной бомбы сотрудники КБ-11 разрабатывали сами, но не без содружества с ЦАГИ, где происходила продувка моделей в аэродинамической трубе.
Для испытания готовых авиационных атомных бомб, а вернее их корпусов с макетами штатных боезарядов, а также для обслуживания других нужд уранового проекта в августе 1947 г. правительство СССР вынесло постановление о создании полигона № 71 ВВС.
Весной 1949 г. натурные авиационные испытания изделий, созданных в КБ-11, впервые проходили на полигоне № 71 в районе между Феодосией и Керчью, рядом с поселком Багерово. Это был аэродром, построенный немцами во время войны. Начальником полигона был генерал Комаров. Затем его сменил генерал Чернорез. Здесь отрабатывались системы инициирования атомной бомбы, то есть проходили проверку системы, которые должны были «взорвать» основной ядерный заряд. Это был один из последних этапов подготовки основного испытания, взрыва самой ядерной бомбы.
Летом 1946 г. на территории Советского Союза были развернуты беспрецедентные геолого-разведочные работы. 320 партий отправились в путь с одним и тем же заданием: найти во что бы то ни стало ураносодержащие материалы. Уран искали в Средней Азии и Сибири, в Казахстане и на Кавказе, на Дальнем Востоке и Урале, в Приполярье и Заполярье. Если месторождение было богатым, урановую руду вывозили всеми возможными способами, даже на ишаках, как это было в Ферганской долине. Добыча чаще всего велась шахтным, то есть самым вредным для здоровья людей, способом. А чего их жалеть – заключенные же!
Тогда же, летом 1946-го, открылся один из лучших в СССР комбинатов радиохимической промышленности, комбинат № 7 в Силамяе, в Эстонии. Начальником комбината был назначен генерал-майор инженерной службы Михаил Михайлович Царевский.
Разработка ядерного оружия и изучение влияния радиации на организм человека и другие биообъекты есть взаимосвязанные сути. В конце 1946 г. в Пущине открылась специальная радиационная лаборатория под руководством Г. М. Франка.
К концу 1946 г. в СССР строилось 11 ядерных объектов.
Зимой 1946/47 г. произошла еще одна серьезная подвижка в урановом проекте. 25 декабря 1946 г. в лаборатории № 2 был запущен первый в Европе реактор Ф-1. Руководили работами И. В. Курчатов, Б. Л. Ванников, А. П. Завенягин, В. А. Малышев.
К вечеру этого декабрьского дня Курчатов выгнал с работы всех лишних. Пуск реактора – это не партсобрание с подведением итогов, где требовались рукоплескания и здравицы в честь Сталина, тут может быть все. Поэтому на объекте остались только требующиеся в этот момент специалисты: И. С. Панасюк, А. К. Кондратьев, Б. Г. Дубовский, Е. Н. Бабулевич и сам И. В. Курчатов. Игорь Васильевич сам сел за пульт управления и двинул регулирующие стержни. О начале реакции известил дернувшийся зайчик гальванометра, а также световая и звуковая сигнализация. Через небольшой промежуток времени Курчатов нажал кнопку сброса аварийных стержней, прекратив реакцию. Этот пуск был началом практических работ по атомной бомбе. В стержнях реактора стал накапливаться плутоний, который был до крайности нужен для изучения его свойств и дальнейшего накопления в качестве необходимого материала для изготовления атомной бомбы. До ее испытания оставалось два года восемь месяцев…
Изучали плутоний в ленинградском Радиевом институте. Б. А. Никитин, А. П. Ратнер изучили его свойства и разработали промышленную технологию его выделения из урана, а также технологии обработки самого плутония. Работы проводились под руководством директора института академика В. Г. Хлопина. Плутоний Радиевый институт для этой работы получал миллиграммовыми порциями. На каждую плавку уходило не более 5-10 миллиграммов. И тем не менее технология промышленного получения плутония, металла, непохожего по своим свойствам на соседей по таблице Менделеева, была разработана правильно. В 1949 г. плутоний стали получать в промышленных масштабах.
Казалось, заморочкам при изготовлении плутония не будет конца. Плавиться плутоний начинает при температуре 640 градусов Цельсия, а закипает только при 3227. И пока он доходит от комнатной температуры до момента плавления, то успевает шесть раз поменять свои свойства. Плутониевые изделия всегда на 5-10 градусов теплее окружающей среды. Накапливать плутоний в одном месте в больших количествах было невозможно – он обладает критической массой, в случае превышения которой происходит взрыв. Чем выше температура плутония, тем легче он вступает в реакции с другими веществами. И как из него отливать детали, тоже было загадкой. Выручить могли только редкие металлы, не являющимися активными реагентами, – только из них можно было изготовить формы для литья деталей из плутония. Причем литье можно было производить только в вакууме, без присутствия кислорода. Плутоний быстро окисляется, представляет опасность для всех, кто с ним работает, так как быстро образует аэрозоли и просто радиоактивен. И тем не менее Радиевый институт, несмотря на все трудности, разработал и технологии получения плутония, и способы его обработки.
Еще не до конца были проработаны проекты первого научно-исследовательского и промышленного реакторов, а в сентябре-октябре 1945 г. уже стали подыскивать площадку под строительство радиохимического комбината. Площадка должна была быть достаточно удалена от населенных пунктов в целях секретности и безопасности и в то же время рядом должны быть подъездные пути. Нашли площадку на Южном Урале, недалеко от старого уральского городка Кыштым.
В ноябре на площадку сооружаемого комбината № 817 прибыли изыскатели, а следом за ними строители. За зиму подняли несколько вспомогательных объектов – котельную, мастерские, склад, а также щитовые дома. Начальником строительства был назначен Я. Д. Раппопорт. Весной 1946 г. началось освоение основных промышленных площадок, а концу лета стали копать котлован под реактор. Без экскаваторов и бульдозеров. Вручную. Лопатами, ломами, кувалдами, кирками вгрызались в скальную породу. Вывозили породу и землю наверх тачками, поднимали простейшими тросовыми подъемниками. И так тысячи кубометров грунта. Закончили земляные работы под здание первого реактора к весне 1947 г. Глубина котлована была 54 м, площадь его поверхности 110 кв. м. Но одного котлована было мало.
Берия обещал Сталину пуск первого реактора к 7 ноября 1947 г. А тут к лету, кроме котлована, и предъявить оказалось нечего! Конечно, надо было найти виноватого. Таковым назначили Я. Д. Раппопорта, который большей частью находился в сотне километров от строительства в Челябинске, ибо командовал Челябметаллургстроем, крупным строительным подразделением ГУЛГМП. И не в Раппопорте было дело, а в бесконечных согласованиях с проектировщиками, которым приходилось исправлять на ходу свои ошибки, и в недостатке рабочих рук. Но Раппопорта уволили, невзирая на его былые заслуги (в 1941-м именно он заканчивал строительство Рыбинской ГЭС уже под немецкими бомбежками). Правда, вскоре его трудоустроили начальником Главгидростроя МВД СССР.
Главным конструктором реактора был Н. А. Долежаль. К работам по урану или атомному ядру до января 1946 г. вряд ли был причастен, так как с 1943 г. работал директором НИИхиммаш и занимался проектированием оборудования для химических заводов