«В начале было слово»
Второго августа 1939 года физики Лео Сцилард, Эдвард Тэллер и Юджин Вигнер написали письмо президенту США Франклину Делано Рузвельту, сообщив ему, что Германия способна создать бомбу чрезвычайной разрушительной силы, основанной на новых физических принципах, в основе которых лежит использование энергии, выделяющейся при цепной реакции деления атомов радиоактивных веществ. Они полагали, что в ответ на эту угрозу США также необходимо создать такую бомбу.
Понимая, что имена трех эмигрантов из не входящей в число развитых держав Венгрии не произведут впечатления, они дали подписать его другому эмигранту, но из Германии и куда более знаменитому в широких кругах – Альберту Эйнштейну. Прием сработал, и Рузвельт поручил Национальному бюро стандартов проработать вопрос, для чего был создан Урановый комитет S-1 во главе с председателем Федерального комитета по стандартам Лайманом Бриггсом.
Тот, не будучи незнаком с вопросом и ни на чем конкретном не основываясь, подтвердил возможность такой бомбы и 21 октября 1939 года затребовал 167000 долларов (чуть более трех миллионов по нынешнему курсу) на исследования материала, из которых по словам ученых она может быть изготовлена – урана-235.
Это было в мирное для Америки время и дела шли ни шатко ни валко. Собственно, деньги поступили, но лишь на науку. Казалось бы, ученым-эмигрантам больше и желать было нечего, но они не успокоились и 7 марта 1940 года они снова пишут Рузвельту, заявляя, что в Германии идут уже не просто исследования радиоактивных материалов, а разработка бомбы из них. Это письмо немедленного эффекта не повлекло – Рузвельт был занят судьбой добровольно присоединившейся к СССР Прибалтики, поставками американского оружия немецкому союзнику Финляндии, и тяжбой с Японией за контроль над Китаем и над Тихим океаном.
Все практические вопросы Бриггс отдал в руки частной инициативы, отказавшись от госфинансирования производств, но капитал на сей раз не узрел открывающихся перспектив, и за первые 5 месяцев не было сделано вообще ничего.
Вначале 1941 года из Англии в США неофициально были доставлены протоколы заседаний “Maud Committee” или «Комитета по текстилю», первой в мире правительственной организации, занимавшейся атомными проблемами. Свое название Комитет получил из-за завесы секретности, которой британские спецслужбы окружили его работу, однако в Америке узнали о результатах его деятельности даже раньше, чем в британском парламенте.
Весной 1941 года Рузвельт, проинспектировав состояние дел, сменил руководство комитета. Но сопротивление «истеблишмента» оказалось настолько сильным, что бизнес-план утвердили только 6 декабря 1941 года, однако 7-го числа японский флот напал на Перл-Харбор, и об атомной проблеме снова забыли.
Лишь 13 августа 1942 года была утверждена смета программы, получившей кодовое наименование «Манхэттенский проект», а 17 сентября череда «исполняющих обязанности» в его руководстве наконец-то раз и навсегда оборвалась. Но кандидатура нового начальника поначалу не вызвала энтузиазма ни у кого. Многие даже говорили, что Председатель Комитета начальников штабов просто отмахнулся в ответ на просьбу Президента назначить руководителем атомного проекта человека именно из его ведомства.
Никому не известному полковнику Лесли Гровсу доверили два миллиарда долларов, деньги по тем временам просто немыслимые – сегодня это было бы в 15 раз больше. Для сравнения, стоимость серийного Боинга В-29, самого дорогого американского самолета того времени, на 1942 год была определена в 1 миллион 403 тысячи 623 долларов и 86 центов. Обычные же авиабомбы обходились налогоплательщикам всего по доллару за фунт весу.
«Манхэттен посреди пустыни»
Такая большая сумма отнюдь не была взята с потолка. Предстояло не просто спроектировать и изготовить очередное новое оружие – для этого нужно было поднять с нуля отрасль промышленности, создающую то, на что оказалась неспособна сама природа. В Вашингтоне здраво рассудили, что авторитета полковничьих погон для такого дела маловато и через 5 дней после назначения на новую должность Гровс получил первую «большую звезду» – бригадного генерала.
Работа пошла, продвигалась теория, которая не только нашла способ практического обогащения урана редким изотопом урана-235 и превышения его критической массы для «розжига» цепной реакции деления путем соединения двух его блоков силой взрыва, но и нащупала другой способ реализации атомного взрыва – реакция, получаемая при резком сжатии (имплозии) делящегося вещества направленнрй взрывной волной обычной взрывчатки с резким скачком его плотности давала энергии намного больше. Но для нее уран не годился – путем «промежуточной» ядерной реакции надо было получить особый химический элемент, который пока не был найден.
Для этого 2 декабря 1942 года в подвале городского стадиона в Чикаго был создан первый в мире атомный реактор. В нем путем переоблучения обогащенного 235-го урана блоками из смеси урана-235 и -238 получался элемент, несуществующий в природе — плутоний-239. Что характерно — это адское устройство построили в недрах многомиллионного города: люди не понимали пока, с чем имеют дело.
«Интербригада»
Начало XX века было ознаменовано не только важнейшими научными открытиями, но и тем, что мировая наука вышла на новый уровень интеграции. На какое-то время удалось практически полностью стереть препоны, мешавшие обмену знаниями между странами и народами. Это не только позволило к концу 30-х годов подойти к решению проблемы атомной энергии, но и создало среду, в которой атомная бомба могла быть реализована. Но делать оружие в обстановке открытого международного сотрудничества невозможно. В 1938 году стартовал британский национальный атомный проект. В 1939-м работы по атомной бомбе начались в Германии, но то, что многие ведущие физики в этой стране были евреями, сыграло решающую роль — Гитлер бомбу не получил. В СССР военные аспекты атомной энергии начали изучать до Отечественной войны, но в практическую плоскость работы эти вышли лишь после ее завершения.
Америка стала прибежищем для многих ученых, которых пришедшие к власти в Европе националистические режимы вынудили покинуть родину. Вот лишь несколько фамилий: немец по гражданству Альберт Эйнштейн, венгр Лео Сциллард, итальянец Энрико Ферми — звезды первой величины мировой физики. Америка предоставила им возможность заниматься тем, чем они хотели по 12-15 часов в сутки год за годом без выходных и отпусков.
В дни и ночи «битвы за Англию» британскому правительству стало ясно, что германская авиация не позволит создать атомную промышленность нигде в пределах «Туманного Альбиона». Было принято решение о переносе работ по урану в Канаду, но к концу 1941 года вскрылось еще одно обстоятельство, роковым образом сказавшееся на судьбе английского атомного проекта «Тьюб Эллойз» (“Tube Allows” — «сплавы для труб»). Катастрофические потери торгового флота привели Англию на грань экономической катастрофы и на «супербомбу» средств уже не было. Разведка же доносила о строительстве все новых и новых атомных объектов в Германии. Тогда было решено предать полученные результаты, оборудование и часть запасов радиоактивных материалов США, а также направить туда несколько сот ученых и инженеров. Подразумевалось, что Вашингтон потом «поделится» совместно сделанным с добрым союзником.
Ни в коей мере не пытаясь умалить участие в «манхэттенском проекте» коренных американцев, трудно не заметить роли тех, кто приехал в Америку в бурные тридцатые-сороковые.
Знаю как!
К моменту начала проектно-конструкторских работ по атомной бомбе теоретическая часть задачи была в основном решена. Было известно, что при попадании в ядро атома «медленного» нейтрона атом урана разваливается с образованием двух атомов меньшей массы и выделением одного или нескольких новых нейтронов. При этом суммарная масса всех «осколков» меньше массы исходного ядра — оно испускает дополнительные частицы с очень высокой энергией. Если интенсивность реакции низкая, то вторичных нейтронов мало и блок делящегося материала просто нагревается, а выделяемая энергия описывается «угольным эквивалентом», так работает атомная электростанция. Но если нейтронов достаточно много, то процесс нарастает лавинообразно и происходит взрыв. Мерой энерговыделения такого процесса стал «тротиловый эквивалент», т.е. сколько тонн обычной взрывчатки производят взрыв такой же силы, как и данная атомная бомба.
Но оставались проблемы инициатора (источника нейтронов), замедлителя (вещества, превращавшего «обычный» нейтрон в «медленный»), зеркала, уменьшавшего непроизводительный выход нейтронов за пределы заряда, «разнобоя» в срабатывании детонаторов и т.д. Такие проблемы возникали постоянно, многие были решены лишь в самый последний момент.
Среди поражающих факторов взрыва в то время выделялись три основных: ударная волна, энергия света и тепла, вызывающая пожары на большом расстоянии от эпицентра, и, наконец, проникающая радиация. Самым вредоносным оказалось альфа-излучение, но и защитится от него проще всего. Одиночную альфа- частицу с вероятностью много выше 50% поглощает лист папиросной бумаги, с потоком их, правда, дело обстоит гораздо сложнее. Бета-частицы несли меньшую опасность, но и защитится от них труднее. Большое их количество столь же смертельно. От самых слабых гамма-частиц, защитой были разве что многометровые слои свинца, парафина и воды. Построить убежища от гамма-радиации для большой массы людей невозможно. Кроме «гаммы» атомный взрыв дает и другие вредные для всего живого частицы, прежде всего, рентгеновские, нейтроны. Об электромагнитном импульсе и возникающем из-за вторичной, или «наведенной» радиации длительно действующем и обширным радиоактивном заражении местности было мало что известно, и они не брались в расчет.
Были найдены и условия, необходимые для возникновения лавинообразно нарастающей цепной реакции. Самыми простыми вариантами были схемы бомбы с отражателем нейтронов с изменяемыми свойствами и с доведением массы до критической.
Критической называется масса делящегося вещества, при которой начинается цепная реакция. Хранить «критмассу» урана в сборе нельзя, ее надо создать в момент подрыва. В цилиндрическом стволе размещены два полузаряда — неподвижная «мишень» и подвижный «снаряд». Детонация обычного ВВ приводит снаряд в движение. Соударяясь, отполированные алмазом до зеркального блеска контактные поверхности мгновенно превращаются в монолит, масса скачкообразно превышает критическое значение, возникает лавина распадов и происходит взрыв.
Зеркало с изменяемыми свойствами работает за счет того, что в нужный момент перестает выпускать нейтроны за пределы «сердцевины», что провоцирует цепную реакцию.
Бомбы Mark 1 так никогда и не было — несколько проектов под этим шифром остались на бумаге. Потому нумерация «спец-изделий» в США началась с цифры «2».
Идея «пушечного» или «эксплозивного» (эксплозия — «взрыв наружу») была реализована в проекте бомбы Mark 2 Little Boy — «Малыш». Активным веществом в ней был уран-235. Подрыв производился еще в воздухе— так достигался наибольший эффект.
Сделали и проект бомбы, основанный на принципе достижения не критической, а плотности – плотность плутония повысить до определенного предела, то в нем начнется цепная реакция и без достижения критической массы.
Но как сжать шар из металла, по прочности не уступающего стали? Причем сделать это и почти мгновенно, и так, чтобы он не разрушился, а равномерно уменьшился?
Теоретически сжимаемость металла была доказана физиками твердого тела в СССР еще до войны и там был создан математический аппарат расчета этого процесса путем «взрыва внутрь» или имплозии: детонация заряда из двух типов обычного ВВ с разной скоростью горения формирует сходящуюся взрывную волну. Составной заряд, взрывная волна которого сходится к центру, был назван «имплозивной линзой». Именно в таком варианте было решено делать первый экспериментальный заряд, названный «Гаджет» (“Gadget”), что можно перевести как «техническая новинка», но и «безделица» или «ерунда».
Боевая имплозивная бомба получила наименование Mark 3 Fat Man или «Толстяк»: она действительно не отличалась стройностью форм. Как ни старались придать корпусу обтекаемую форму, ее баллистика было неважная, но задача прицельного сброса и не стояла.
Зато положительно была оценена информация о том, что мощность имплозивной плутониевой бомбы гораздо выше, чем у бомбы урановой эксплозивной. Мало того, ученые предложили пути дальнейшего повышения мощности за счет многодетального заряда активного вещества.
Выполняя сердцевину бомбы из разъединенных плутониевых долек, энерговыделение можно еще увеличить — каждую из «долек» можно сделать с массой, близкой к критической. Чем больше долек, тем больше масса. Далее, предполагалось соединить принцип действия эксплозивной и имплозивной бомб, наложив эффект от сжатия заряда. Таким образом, повысить энерговыделение можно было и без увеличения КПД (отношение массы прореагировавшего активного вещества к общей массе сердцевины для плутониевой бомбы оценивалось на уровне 10...15, а урановой — 5-10%).
Моделирование показало возможность создания многодетального заряда, но он получался слишком сложным: под сотню взрывателей, сложнейшие электронные синхронизаторы импульсов подрыва, более 500 электрконтакторов, свыше 1500 болтов. Проект Mod. 1222, который также как шел под шифром «Толстяк» осуществлен не был.
Заказчик из соображений безопасности потребовал раздельного хранения корпуса с зарядом из обычного ВВ и центрального узла из радиоактивного материала. Конструкция должна была обеспечивать сборку на базе применения силами персонала войсковой части, а установку взрывателей и детонаторов вообще требовалось производить после взлета с выходом специалиста по вооружению в негерметичный отсек.
«Мама» для «Малыша»
Единственным самолетом, пригодным по грузоподъемности и летным данным для доставки атомной бомбы, был тяжелый бомбардировщик Боинг модель 345, имевший войсковое обозначение В-29 «Суперфортресс». В то время ни у союзников США, ни у противников ничего подобного не было.
Хотя на них действовал особый график сдачи и распределения по строевым частям ВВС США в Индии, в Китае и на Тихом океане, было выделено 17 машин Программа создания самолета-носителя для атомной бомбы получила шифр “Silverplate”, что можно перевести как «серебряное блюдо» «тарелка» или «плита» — словосочетание это, как и «Проект Манхэттен», ничего не должно было значить, а лишь служить пометкой для деловой переписки.
Первого декабря 1944 года началась разработка конструкторской документации на специальную модификацию самолета и довольно скоро была подписана спецификация “Project 9814S” – документ, определяющий основные особенности самолета, состав оборудования, вооружения, тактико-технические данные и стоимость самолета. Из-за спешки она потребовала уточнений по ходу дела и завершила череду разноплановых бумаг новая спецификация “Project 98228S”.
Основой был взят самолет В-29-МО в базовом варианте «без буквы», индекс «МО» означал, что самолет построен заводом «Мартин-Омаха» в штат Небраска. Каждая переоборудованная машина шла по особому заказу, но в порядке общей очередности сборки и нумерации.
Электрический механизм открытия бомбоотсеков заменяли быстродействующим пневматическим. Значительным изменениям подвергся бомбоотсек. Усиливающую раму для обычных мостовых и кассетных держателей заменили новой “H-frame support” под держатель Type G, спроектированный при участии английских специалистов на основе аналогичного устройства для «обычной» 6-тонной бомбы «Толлбой». Он был подогнан под «Толстяка», а имевший меньший диаметр «Малыш» крепился через довольно уродливый переходник. Центральную часть фюзеляжа усилили, установили новые створки бомбоотсека.
Фото: Национальный музей ВВС США г. Дайтон // http://www.nationalmuseum.af.mil
На носитель предполагалось установить вариант серийных двигателей Райт R-3350 с непосредственным впрыском топлива и новым автоматом обогащения смеси фирмы «Стромберг». Вместо стандартных воздушных винтов «Гамильтон-Стандарт» планировали установить «Кертисс-Электрик» с обтекателями на комлях лопастей, что улучшало охлаждение и облегчало длительную работу моторов на чрезвычайном режиме. «Кертиссы» имели и реверс тяги, существенно сокращавший пробег самолета, стала более надежной система аварийного флюгирования.
В состав оборудования ввели радиовысотомер больших высот АN/SCR-718, который ставился на серийные В-29 заводов «Боинг-Вичита», «Белл-Атланта», и государственного завода в Рентоне, но отсутствовавший на продукции «Мартина». Радиолокатор же, наоборот, собирались демонтировать — акцию предполагалось провести днем и только при хорошей погоде, иначе не выйдет красиво отснять взрыв. Также сняли радиолокационную систему опознавания «свой-чужой» с ее большими и громоздкими антеннами – бомбардировку сразу предполагалось выполнять одиночным самолетом без прикрытия и только в условиях гарантии отсутствия противодействия ПВО противника.
В остальном «носитель судного дня» почти не отличался от серийного бомбардировщика. По типу предназначенной для ночного применения модификации В-29В он получил облегченное оборонительное вооружение, состоявшее из единственной огневой установки — кормовой. И даже в ней, в отличие от В-29В оставили лишь два пулемета вместо трех, и отказались от РЛС заднего обзора AN/APG-15. Остальные четыре Вместе фюзеляжных огневых башни с их патронными ящиками, пять из шести прицельных станций с сиденьями их операторов и несколько десятков кило проводов и прочего электрохозяйства управления ими не ставили. Разгрузилась и бортовая электросеть, которая для стандартного В-29 была слабоватой.
Не дожидаясь, пока появятся серийные «серебряные тарелки», для предварительных испытаний взяли серийный самолет выпуска завода «Боинг-Вичита» заказа 1942 года — В-29-5-ВW № 42-6259. На центральной испытательной базе ВВС в Дайтоне, штат Огайо с декабря 1944 по январь 1945 года он был доработан и был передан на сбросы «инертных» бомб для оценки их баллистики и разработки методики боевого применения.
Тем временем заказ на носители был дополнен на 28 машин. В доработку пошли строящиеся В-29 блоков 35-МО, 40-МО, 45-МО и 50-МО, причем отбирались лучшие по качеству экземпляры. На них не удалось внедрить все задуманное: силовая установка осталась стандартной на 1944 год с безинжекторными двигателями Райт R-3350-57 и винтами «Гамильтон-Стандарт». На части сданных самолетов-носителей осталась и обзорно-бомбардировочная РЛС АN/АРQ-13 с навигационной приставкой АРQ-4.
Бомбить, или не бомбить?
Тем временем закончилась война в Европе, а на Тихом океане, невзирая на некоторые успехи противника, победа Союзников была лишь вопросом времени. Тогда ряд видных ученых, военных и общественных деятелей направили исполняющему после смерти Рузвельта обязанности президента США Гарри Трумэну послания с призывом прекратить разработку атомной бомбы или хотя бы воздержаться от ее демонстративного применения.
Но были и противники миротворцев. И они не только напоминали об уже потраченных на «Манхеттен» деньгах, но и утверждали, что только грозя атомной бомбой, можно изменить принципиальную позицию СССР по всем вопросам послевоенного мироустройства на переговорах в Потсдаме.
Важнейшим аргументом сторонников отказа от атомной бомбы были соображения человечности – они действительно хотели остановить те реки крови, которые текли по всему миру вот уже шестой год. Но многие указывали и на то, что атомная бомба очень скоро может оказаться не только у Америки и наличие у США такого оружия лишь подогревает интерес к нему со стороны потенциальных противников. Трумэн отверг эти призывы, считая, что единственной страной, кроме США, которая может сделать собственную атомную бомбу, является Великобритания. Но Америка отказалась предоставить какую-либо информацию по бомбе и атомным технологиям даже своему союзнику № 1.
Запасы расщепляющихся материалов, рудники и другие атомные объекты, построенные англичанами в колониях и доминионах, вот-вот станут недоступными для них из-за ожидавшегося развала империи. А специалисты из Англии, работавшие по временным контрактам в США, скорее всего, не вернутся на родину. Остальные же страны, в том числе СССР, создать свое атомное оружие не смогут в силу бедности, а также технологической и культурной отсталости.
Ну а раз опасаться потерять атомную монополию не стоит, то и думать о том, быть атомной бомбе или нет, нечего. А если она уже есть, надо бы пустить ее в ход: бомбить, конечно же – бомбить!
Продолжение следует
Статья была опубликована в августовском номере журнала "Наука и техника" за 2007 год, здесь воспроизведена с дополнениями