«Манхэттен». Cекретный проект создания атомной бомбы, оружия, изменившего историю …

Эта страница была создана программно, чтобы прочитать статью в исходном месте, вы можете перейти по ссылке ниже:
https://naukatehnika.com/manxettenskij-proekt.html
и если вы хотите удалить эту статью с нашего сайта, пожалуйста, свяжитесь с нами


«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.

Экипаж бомбардировщика В-29-35-МО № ВВС 42-27297 “Bockscar”, подведший итог «Манхэттенского проекта» уничтожением города Нагасаки 9 августа 1945 г. – снимок сделан после возвращения самолета на базу
Фото: https://www.flickr.com/photos/133697406@N05/albums/

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.

Завод К-25 для газодиффузионного обогащения урана, сооруженный в Оук-Ридже
Фото: James E. Westcott, Museum of Science and Energy

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.

Необнаруженный в природе химический элемент плутоний для атомной бомбы был получен в урановом реакторе, сооруженном в городе Чикаго

«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.

Карта «Манхэттенского проекта», который раскинулся по всей территории США и даже чуть затронул Канаду
Рисунок: https://en.wikipedia.org/wiki/Manhattan_Project

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.

Атомная бомба Mark 2 «Малыш» имела урановый заряд «пушечного типа», который срабатывал при соударении двух блоков делящегося вещества, общая масса которых превышала критическую

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».

Первый плутониевый заряд имплозивного типа «Гаджет» готов к испытаниям

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.

Бомба Mark 3 «Толстяк» в собранном виде со сравнительно хорошо обтекаемым корпусом и аэродинамическим оперением

 

«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.

Первый атомный носитель – Боинг В-29-45-МО «Суперфортресс» выпуска завода «Мартин-Омаха» с регистрационным номером ВВС 44-8629
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.

Аэродинамика спец-носителей В-29 «Сильверплатте» была улучшена, а вес снижен за счет отказа от части вооружения и оборудования
Фото: https://www.flickr.com/photos/133697406@N05/albums/

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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!


Эта страница была создана программно, чтобы прочитать статью в исходном месте, вы можете перейти по ссылке ниже:
https://naukatehnika.com/manxettenskij-proekt.html
и если вы хотите удалить эту статью с нашего сайта, пожалуйста, свяжитесь с нами