Реферат: Ядерное оружие
Е.А. Шитиков кандидат технических наук, лауреат Государственной премии, вице-адмирал
Ядерное оружие возникло на основе фундаментальных исследований свойств материи, проникновения человека в тайны ядра атома. Научным руководителем Уранового проекта по созданию в СССР ядерного оружия был академик Игорь Васильевич Курчатов. Для Военно-Морского Флота ядерное оружие создавалось в трех институтах (названия современные): Всероссийском НИИ экспериментальной физики (ВНИИ-ЭФ), Всероссийском НИИ технической физики (ВНИИТФ), Всероссийском НИИ автоматики (ВНИИА) Министерства по атомной энергии (Минатом). В этих организациях первым лицом являлся научный руководитель, роль которого в создании оружия всегда была определяющей.
Научным руководителем ВНИИЭФ (Арзамас-16) в течение почти полувека работал академик Ю.Б.Харитон. Ныне им стал В.Н.Михайлов, министр Российской Федерации по атомной энергии. Научным руководителем ВНИИТФ (Челябинск-70), основавшим второй ядерный центр, был член-корреспондент АН СССР К.И.Щелкин, его сменил академик Е.И.Забабахин, а в настоящее время - академик Е.Н.Аврорин. Во ВНИИА (Москва) должность научного руководителя существовала до 1964г., ее занимал член-корреспондент АНСССР Н.Л.Духов.
В первую очередь ученые-физики играли главную роль в создании ядерных боеприпасов (ЯБП). Вместе с тем в решении этой чрезвычайно важной проблемы принимал участие огромный коллектив деятелей науки, что позволило однажды министру Е.П.Славскому в шутку заявить о создании “своей академии наук”, имея в виду 50академиков и членов-корреспондентов, работающих в атомной промышленности.
Пока нет общепризнанной периодизации развития ядерных и термоядерных зарядов. Одна из причин в том, что на начальном (бомбовом) этапе по физическим критериям прорыв следовал за прорывом (1951, 1953, 1955гг.), а затем качественные изменения происходили и по другим показателям, определяемым носителями ядерных боеприпасов. В интересах Военно-Морского Флота ядерные боеприпасы разрабатывались для снаряжения авиационных бомб, торпед, баллистических ракет, крылатых ракет (корабельных, авиационных и береговых), противолодочных ракет, подводных ракет и глубинных бомб.
Первыми боеприпасами флота была атомные бомбы. Все морские ядерные боеприпасы (ЯБП) создавались на основе перевода делящихся материалов (плутония и урана-235) в надкритическое состояние путем формирования сферической сходящейся ударной волны (эффект имплозии) за счет энергии химического взрывчатого вещества (ВВ). Достоинство метода - экономичность. Но при этом всегда существует критический размер, при уменьшении которого заряд не сработает (диаметр первой имплозивной бомбы - 1,5м).
При переходе от авиабомбы к торпеде встала такая проблема, как вписать заряд имплозивного типа в малый для него диаметр. Исследования велись в направлении теоретического и экспериментального изучения газодинамических процессов и физической схемы центральной части заряда. В частности, предложили уменьшить число точек инициирования ВВ, изменить фокусирующую систему и параллельно отрабатывать несколько вариантов центральной части. Однако при натурном испытании на Семипалатинском полигоне в октябре 1954г. вместо ядерного взрыва произошел разброс делящихся материалов с заражением местности. Это было впервые в истории создания отечественного ядерного оружия. Заряд подвергся доработке, на следующий год он испытывался в нескольких модификациях. Всего после первой неудачи заряд выдержал проверку 7раз, в том числе в составе торпеды с фактической стрельбой с подводной лодки.
ВНИИА совместно с “Гидроприбором” удалось создать автономное специальное боевое зарядное отделение (АСБЗО), пригодное для использования со всеми прямоидущими торпедами калибра 533мм. Это сразу упростило эксплуатацию торпедного ядерного оружия на флотах и повысило его надежность. После Н.Л.Духова главным конструктором боеприпасов во ВНИИА стал В.А.Зуевский. От ВМФ большой вклад в создание АСБЗО внес Б.А.Сергиенко, прекрасно знавший торпедное оружие.
При обосновании новых образцов ракетного оружия всегда вставал вопрос о целесообразности оснащения их ядерными боеприпасами. Военно-морская наука выработала рекомендации на этот счет, которыми руководствовались до середины 80-х годов. Все ракеты, баллистические и крылатые, предназначенные для поражения береговых объектов, делались только в ядерном снаряжении, так как с обычными взрывчатыми веществами они были малоэффективны.
Противокорабельные ракеты ПЛ разрабатывались в двух взаимозаменяемых комплектациях боевых частей: с обычным ВВ и с ядерным зарядом. При этом по таким целям, как авианосец, залп предполагался смешанным. Противокорабельные ракеты НК в отличие от подводных лодок, не всегда создавались в двух комплектациях. По крайней мере, для ракетных катеров ядерная комплектация исключалась, а для малых ракетных кораблей допускалась и была обязательной для крейсеров. Противолодочные боевые средства оснащались ядерными боеприпасами только в том случае, если носитель не имел самонаведения или телеуправления и при явно низкой эффективности комплекса с обычными зарядами.
На каждом этапе развития баллистических ракет возникали свои проблемы по боеголовкам. В первом поколении ракет (Р-11ФМ, Р-13, Р-21) главным являлось повышение мощности заряда, чтобы как-то скомпенсировать ошибки определения места подводной лодки в море и направления на цель, а также собственное повышенное рассеивание первых ракет. Научная разработка данной проблемы решалась переходом от использования реакции деления ядер тяжелых элементов к использованию реакции синтеза легких элементов. В бомбовом варианте вооружения, где не было ограничений по весу, габаритам и форме заряда, эту задачу решили благодаря идеям академиков А.Д.Сахарова, Я.Б.Зельдовича и Ю.А.Трутнева. Однако для ракет требовалось сделать заряд в цилиндроконической форме гораздо меньшего размера. Оригинальное решение нашел главный конструктор боеголовки ракеты Р-13 А.Д.Захаренков, предложив элементы заряда разместить не в специальной конструкции, а прямо в корпусе головной части ракеты. Впервые в отечественном зарядостроении была создана совмещенная конструкция, которая на Северном флоте была проверена боевой стрельбой. Термоядерный заряд сработал надежно.
Заряд следующей ракеты бинарного типа разработки академика Е.А.Негина получился намного легче - вес боеголовки удалось снизить на 400кг, но соответственно уменьшилась и ее мощность, хотя для Военно-Морского Флота требуется повышение мощности боеголовки. Тогда ученые находят еще одно оригинальное решение: использовать тритий, фактически без изменения конструкции боеголовки. Мощность была доведена до мегатонного класса. Но тритий обладает высокой проникающей способностью, токсичен и радиоактивен. По просьбе ВМФ главный конструктор подводных лодок академик С.Н.Ковалев размещает в ракетных шахтах специальные приборы радиационного контроля на тритий. В дальнейшем конструкторам зарядов удалось укротить этот опасный газ, и радиационный контроль в шахтах отменили.
Во втором поколении ракет (Р-27, Р-29) требовалось достичь больших и межконтинентальных дальностей стрельбы. Предыдущие боеголовки, вес которых заметно превосходил тонну, для новых ракет не годились. Необходимо было снизить вес примерно вдвое. Работы велись по линии увеличения коэффициента термоядерности заряда, уменьшения веса автоматики, включавшей импульсный источник нейтронов, системы предохранительных и исполнительных датчиков, источник тока и др. Задачу удалось решить на новом научно-техническом уровне. В этом поколении боеголовок применялись заряды разработки ВНИИЭФ. Главным конструктором боеголовок второго поколения являлся Л.Ф.Клопов.
К третьему поколению относятся ракеты с разделяющимися головными частями (РГЧ) индивидуального наведения. Переходной стала боеголовка так называемого среднего класса. В ней еще сохранились многие черты моноблока. Удачным по удельным характеристикам оказался заряд для трехблочной РГЧ. Для создания 10-блочных боевых частей требовался качественный скачок, так как форма корпуса - это острый конус, в который можно вписать только заряд такой же конфигурации, вес и габариты должны жестко соответствовать минимуму, полет в атмосфере происходил в сплошной плазме. Созданию столь сложного заряда не в последнюю очередь способствовало соревнование между ВНИИТФ и ВНИИЭФ. На блоках третьего поколения установили заряды разработки главного конструктора члена-корреспондента РАН Б.В.Литвинова. Главным конструктором боевых блоков являлся О.Н.Тиханэ. Позже его сменил В.А.Верниковский. В третьем поколении и заряды и боевые блоки разрабатывались в ВНИИТФ.
При создании системы высотного подрыва трудность состояла в выборе принципа ее работы: барометрический датчик зависит от метеоусловий в районе цели и ее высоты над уровнем моря, инерционный (с использованием величин перегрузок на траектории) - от дальности стрельбы, радиодатчику может быть оказано противодействие. В современных боеприпасах решена и эта проблема. Главным конструктором систем неконтактного подрыва стал Н.З.Тремасов. От флота боеголовками баллистических ракет занимались Е.А.Шитиков и А.Г.Мокеров.
На заре развития ракетного оружия корабельные баллистические и крылатые ракеты рассматривались как равноценные боевые средства для нанесения ударов по береговым объектам. Например, первая крылатая ракета П-5 имела дальность в три раза большую, чем первая баллистическая ракета Р-11ФМ. Кроме принятых на вооружение ракет П-5 и П-5Д, была задумана крылатая “суперракета” П-20 с термоядерным зарядом. На подводной лодке могли разместиться только две такие ракеты. Поэтому работа закончилась эскизным проектом. Такая же участь постигла и “суперторпеду” Т-15. Невероятно, но факт: гигантомания, связанная с ядерным оружием, только тормозила развитие морских вооружений.
Научно-техническое соревнование задачу “флот против берега” решило в пользу баллистической ракеты, а “флот против флота” - крылатой.
Ядерные боевые части противокорабельных ракет отличаются от других ЯББ: развитая связь с системой управления ракетой, вплоть до подрыва ядерного заряда по ее команде; бескорпусная конструкция, то есть размещение в ракете путем монтажа заряда и автоматики; разветвленная по всей ракете система контактных датчиков подрыва; взаимозаменяемость с обычной боевой частью. Главным конструктором многих боевых частей, в том числе и крылатых ракет, почти четверть века являлся А.А.Бриш (ВНИИА). От ВМФ в создании ЯБП крылатых ракет плодотворно и активно участвовал Б.М.Абрамов.
При создании противолодочного оружия остро встала проблема ударостойких зарядов. Небольшое смещение узлов могло дать асимметрию, что привело бы к отказу боеприпаса. Ударостойкость зарядов исследовалась и повышалась применительно к системам: беспарашютная глубинная бомба (РЮ-2), противолодочные ракеты (“Вихрь”, “Вьюга”), баллистическая ракета большой дальности с подводным взрывом боеголовки (“Гарпун”).
Военно-Морской Флот предъявлял к ядерным боеприпасам повышенные требования по безопасности. Нигде ЯБП так близко не соседствуют с различной техникой и людьми, как на корабле. Ядерные заряды первого поколения в случае срабатывания хотя бы одного капсюля-детонатора (в типовой конструкции их 32) могли давать неполный ядерный взрыв. Ученым и конструкторам удалось исключить в аварийных ситуациях начало цепной реакции. После этого ЯБП могли быть выданы на все корабли. Беспокойство вызывали детонаторы. В ракетных боекомплектах подводных лодок второго поколения их более полутысячи, а третьего - еще больше. Во время испытаний одной из боеголовок на глубоководное погружение (300 м) произошел удар, от которого капсюль полностью впрессовался во взрывчатое вещество. Ясно, что нужно было принимать меры, исключающие взрыв. В конце концов, конструкторам удалось создать детонаторы даже менее чувствительные к тепловым и механическим воздействиям, чем само ВВ. Электродетонаторы боятся токов наводки, а на корабле их не избежать. Была решена и эта проблема. Проверку производили на кораблях, поднося боеприпасы к радиолокационной антенне и включая станцию на полную мощность.
На основе анализа имевших место аварий и катастроф (гибель подводных лодок с ядерным оружием, удар лодки на глубине о скалу с сильным повреждением торпеды с ЯБП и др.) удалось решить многие вопросы, способствовавшие повышению безопасности ядерных боеприпасов.
При боевом использовании оружия безопасность стреляющего корабля обеспечивается несколькими ступенями предохранения, работающими на траектории, как правило, на разных независимых принципах, благодаря чему на опасном для корабля расстоянии ядерный взрыв произойти не может.
В боевых условиях подводный взрыв во многих случаях эффективнее надводного. Теорией подводного ядерного взрыва занимались академики Н.Н.Семенов, М.А.Садовский, С.А.Христианович и Е.К.Федоров. Так, на испытании первого подводного взрыва на Новой Земле с ними прибыли 120 научных сотрудников от Академии наук и Академии медицинских наук. Это в 2 раза больше, чем от Минсредмаша, испытывавшего новый заряд, и в 4 раза, чем от Минсудпрома, участвовавшего в проверке на взрывостойкость 12 кораблей. Объясняется это тем, что ответственность за испытания ядерных зарядов возлагалась правительством и на Академию наук. Автор общей теории цепных реакций Н.Н.Семенов являлся научным руководителем испытаний на Новой Земле в 1955г. В результате совместной работы военных и академических ученых проблема была решена. Наибольший вклад в этот раздел прикладной гидродинамики внесли военные ученые профессор Ю.С.Яковлев и член-корреспондент РАН Б.В.Замышляев. Результаты исследований имели большое значение для кораблестроения и для выработки рекомендаций по боевому использованию ядерного оружия. В испытаниях ядерного оружия часто участвовал главный метеоролог страны академик Ю.А.Израэль.
Непосредственно подземными испытаниями ядерных зарядов на Новой Земле обычно руководили ученые Г.А.Цырков, академик Е.А.Негин. Многие испытания были уникальными. Например, определение изменения мощности одного заряда при облучении его взрывом вблизи расположенного другого заряда (проверка на стойкость к ПРО).
На Новоземельском полигоне был проведен только один заведомо “грязный” наземный взрыв, и именно в интересах “большой” науки. В этом опыте ИХФ АН СССР и ВНИИТФ получили обширную информацию о поглощении энергии веществом при температурах, достигающих 10млн. градусов. Одновременно испытывались и корабли. Так взаимодействовали ученые-физики и моряки.
Военно-Морской Флот и судостроительная промышленность помогли атомной отрасли кадрами. Первым министром Министерства среднего машиностроения стал В.А.Малышев, до этого возглавлявший судостроительную промышленность. Из моряков и кораблестроителей вышли главные конструкторы С.П.Попов и С.Н.Воронин. Заместителем министра, ведавшим разработками ядерных боеприпасов, был В.И.Алферов. Связь флота с атомной наукой продолжается. Так, в 1995г. вице-адмирал Г.Е.Золотухин перешел в Минатом заместителем начальника Главного управления проектирования и испытаний ядерных боеприпасов.
Все упомянутые в статье участники оснащения флота ядерным оружием являются лауреатами Ленинской или Государственной премий, многие имеют высокое звание Героя Социалистического Труда, а И.В.Курчатов, Ю.Б.Харитон, К.И.Щелкин, Н.Л.Духов, Е.П.Славский, А.Д.Сахаров и Я.Б.Зельдович удостоены этого звания трижды.