Авиация и космонавтика 2013 03 - Журнал Авиация и космонавтика (читать полностью книгу без регистрации txt) 📗
Создание американских атомных бомб обошлось недёшево. Общие затраты оцениваются суммой, превышающей 2 млрд. долл. Только в Лос-Аламосе на начальном этапе создания ядерного оружия произошло семь радиационных аварий с человеческими жертвами. Наиболее известна гибель от переоблучения молодого физика Луи Слотина, занимавшегося опасными экспериментами с подкритическими сборками.
30 декабря 1944 г ген. Гровс докладывал своему начальству:
«Теперь можно учитывать в наших оперативных планах существование бомбы пушечного типа, которая должна предположительно иметь мощность, эквивалентную взрыву 10000 т тринитротолуола (ТНТ). Если не производить настоящего испытания (нам это не кажется необходимым), первая бомба должна быть готова к 1 августа 1945 г. Вторая должна быть закончена к концу года, а последующие… через промежутки времени, которые предстоит уточнить.
Сначала мы надеялись, что к концу весны станет возможным создать бомбу компрессионного (имплозивного — авт.) типа, однако эти надежды не сбылись вследствие трудностей научного характера, которые пока не удалось преодолеть. В настоящее время эти осложнения приводят к тому, что нам необходимо большее количество материала, который будет использован с меньшей эффективностью, чем это предполагалось ранее. Мы будем располагать достаточным количеством сырья для изготовления бомбы компрессионного типа к концу июля. Эта бомба должна будет иметь мощность, эквивалентную примерно 500 т ТИТ. Можно надеяться, что во второй половине 1945 г. нам удастся изготовить… другие дополнительные бомбы. Они будут иметь большую мощность: по мере продолжения работ мощность каждой бомбы сможет достичь эквивалента 1000 т ТИТ; если нам удастся разрешить некоторые проблемы, мощность атомной бомбы сможет достичь 2500 т ТНТ.
Оперативный план, основанный в настоящее время на более надежном использовании мощной бомбы пушечного типа, предполагает также использований бомб компрессионноно типа, когда их будет достаточное количество. Осуществление различных стадий нашего плана не должны препятствовать никакие трудности, за исключением тех, которые связаны с решением проблем, имеющих чисто научный характер».
Обращает на себя внимание уверенность генерала в успехе урановой бомбы и очень осторожное его отношение к бомбе плутониевой.
Здесь настало время перейти к конкретному описанию конструкции первых американских атомных бомб — знаменитых «Малыша» и «Толстяка», а также их послевоенных модификаций.
В период разработки и в 1945 г. они назывались (совсем как у нас) скромным словом изделие (gadget), но после войны, с официальным принятием изделий на вооружение, они получили соответствующую маркировку. «Малыш» и «Толстяк» получили обозначение соответственно Mk.I и Mk.III, нереализованный проект плутониевой бомбы военного времени — Mk.II.
Конструкция бомбы пушечного типа Little Boy («Малыш») была разработана под руководством Уильяма Парсонса. Принцип её действия был основан на создании критической массы урана-235 путём сближения двух подкритических масс в орудийном стволе. Схема такой бомбы и основные методы разделения изотопов урана были изложены ещё в английском отчете Комитета Томсона, переданном американским специалистам осенью 1941 г., поэтому «Малыша» можно с полным основанием называть бомбой английского типа.
В отчёте Комитета Томсона указывалась основная трудность на пути реализации пушечной схемы — большая требуемая скорость сближения подкритических масс. Она необходима для того, чтобы не допустить преждевременного разлёта урана при начале цепной реакции. По оценкам английских специалистов, эта скорость составляла примерно 1000–1800 м/с, что близко к предельной для артиллерийских систем величине. Дальнейшие исследования показали, что эта оценка завышена, и при условии использования для начала цепной реакции нейтронного инициатора, скорость сближения подкритических масс может быть намного меньшей — порядка 300–500 м/с. Кроме того, задача существенно облегчалась тем, что конструкция была одноразовой, поэтому запас прочности ствола можно было принять близким к единице. Интересно, что по воспоминаниям Гровса, это было осознано разработчиками бомбы не сразу, поэтому первоначально её конструкция получалась сильно перетяжелённой.
Ядерный заряд из урана-235 — 80 % обогащения состоит из двух подкритических масс — цилиндрического снаряда и мишени, помещённых в ствол из легированной стали. Мишень представляет собой три кольца диаметром 152 мм 6 дюймов) и общей длиной 203 мм 8 дюймов), установленных в массивном стальном отражателе нейтронов диаметром 610 мм (24 дюйма). Отражатель выполняет также роль инертной массы, препятствующей быстрому разлёту делящихся материалов при развитии цепной реакции. Масса стального отражателя составляет 2270 кг — больше половины всей массы бомбы.
Масса уранового заряда «Малыша» составляет 60 кг, из которых 42 % (25 кг) приходятся на снаряд, а 58 % (35 кг) — на мишень. Это значение примерно соответствует критической массе урана-235 — 80 % обогащения. Для быстрого развития цепной реакции и, следовательно, высокого коэффициента использования делящихся материалов применён нейтронный инициатор, установленный на дне мишени.
В принципе, заряд пушечного типа может работать и без нейтронного инициатора, но тогда цепная реакция в массе, незначительно превышающей критическую, будет развиваться медленнее, что уменьшит коэффициент использования делящихся материалов.
Калибр пушечного ствола составляет 76,2 мм (3 дюйма — один из стандартных артиллерийских калибров), а его длина — 1830 мм. В хвостовой части бомбы помещается поршневой затвор, урановый снаряд и картузный заряд бездымного пороха, массой несколько фунтов (1 фунт — 0,454 кг). Масса ствола составляет 450 кг, затвора — 35 кг. При выстреле урановый снаряд разгоняется в стволе до скорости около 300 м/с. В популярных фильмах, посвящённых ядерному I оружию, показывают драматическую сцену, как в полёте, в бомбовом отсеке, специалист по ядерному оружию откручивает какие-то гайки и выполняет какие-то манипуляции с бомбой, тщательно пересчитывая гайки. Так он заряжает «Малыша» перед сбросом.
Корпус «Малыша» имел цилиндрическую форму и, по мнению летчиков, больше всего напоминал мусорный бак с хвостом. Для защиты от осколков |зенитных снарядов он выполнен из легированной стали толщиной 51 мм (2 дюйма).
Сборка бомбы «Малыш» (Little boy) на о. Тиниан перед боевым применением
Бомба «Малыш» после частичной контрольной сборки. Антенна радиовысотомера установлено
Требование защиты от зенитной артиллерии после войны было признано надуманным, привёдшим лишь к неоправданному перетяжелению первых атомных бомб. Действительно, попасть в небольшую бомбу, падающую с околозвуковой скоростью, практически невозможно.
Бомба имеет стандартное для американских авиабомб Второй мировой войны довольно громоздкое хвостовое оперение. Длина «Малыша» составляет 3200 мм, диаметр — 710 мм, полный вес — 4090 кг. Бомба имеет один узел подвески. После отделения от самолёта бомба свободно падала по баллистической траектории, достигая у земли околозвуковых скоростей. Никакой парашютной системы, упоминаемой в некоторых популярных книгах, не было. Благодаря передней центровке и большому удлинению, «Малыш» выгодно отличался от «Толстяка» устойчивостью на траектории и, следовательно, хорошей точностью попадания.
Система подрыва бомбы должна была обеспечить её взрыв на высоте 500–600 м над землёй, оптимальной для образования у поверхности мощной ударной волны. Известно, что ядерный взрыв имеет четыре основных поражающих фактора: ударную волну, световое излучение, проникающую радиацию и радиоактивное заражение местности. Последнее максимально при наземном взрыве, когда большинство радиоактивных продуктов деления остается на месте взрыва. Система подрыва должна удовлетворять двум совершенно противоположным требованиям:
