10 маловідомих фактів про перше ядерне бомбардування

1 Отрута для членів екіпажу

Всім членам екіпажу перед вильотом бомбардувальника "Еноли Грей" (який і скинув бомбу "Малюк" на Хіросіму 6 серпня 1945 року) були роздані капсули з ціаністим калієм. Зброя була у кожного сама по собі - все ж таки йшла війна. Можна було застрелитись. Але лікар, що дав отруту, сказав, що "легше ковтнути пігулку, ніж вибити собі мізки”.

Отрута был надана на випадок, якби літак зазнав аварії, щоб члени секретної місії не потрапили в полон. Ризики були досить великі.

1. По-перше, не можна було виключати роботу ППО. Якщо наліт не був масовим, японські зенітки зазвичай мовчали. Резерви снарядів до літа 1945 майже виснажилися. На це і був розрахунок, і він виправдався. Літак справді був прийнятий за розвідувальний.
2. По-друге, щоб не привертати увагу, "Енола Грей" летіла без жодного прикриття винищувачами. надто ризиковано! Якби раптом з'явилися ворожі літаки, єдиним захистом був би кулеметник у хвості.

Він же до речі, з цієї причини був першим у світі, хто побачив момент вибуху та його жахливі наслідки, коли "літаюча фортеця" (так називали бомбардувальник Superfortress B-29) стрімко віддалялася від точки скидання. Вже не відомо, плюс це був для нього чи мінус. Коли літак був уже на безпечній дистанції, пілот Пол Тібітс розгорнув його так, щоб усі могли побачити шокуючий результат бомбардування. Напевно саме з цієї причини, початковий тріумф (Ми зробили це !) через кілька годин змінився похмурим мовчанням, коли літак повернувся на базу.

2 Віраж на 150 градусів та перевантаження

Екіпаж був попереджений, що їх ґрунтовно трусне ударна хвиля, але ніхто не давав гарантії, що літак не буде зруйнований. Теорія є теорія, а що буде насправді, це довелося випробувати. Єдине, що екіпажу було дані суворі рекомендації - як треба було вести літак після скидання бомби, щоб збільшити ймовірність успішного ухилення від вибухової хвилі.

Для цього потрібно було закласти віраж на 150 градусів з різьким зниженням.

Це маневр десятки разів відпрацьовували на тренувальних вильотах. У цих же вильотах скидали і муляжі бомб - пустушек: болванок такої ж маси і розмірів.
Маневри був складними для виконання навіть тренованими льотчиками.

Вдавлювало в крісло так, що не можна було сказати жодного слова. Бракувало повітря в легенях. Але інакше було ніяк – розірве хвилею! Ні, уникнути хвилі не вдалось. Про це ми скажемо нижче. Але щоправда, все обійшлося добре. А пишемо ми це до того, що це не бомбардування звичайними боєприпасами. Скинув і лети спокійно далі. Тут все по-іншому. Ядерну енергію не можна порівняти з хімічною. Не слідуватимеш рекомендаціям - це буде останній виліт у житті!

3 Напередодні розбилися 4 бомбардувальники

Тініан – один із групи Маріїнських островів, захоплений американцями за рік до вибуху атомної бомби – наприкінці липня 1944 року. Острів став військово-повітряною базою США. Там була побудована найдовша злітно-посадкова смуга у світі - довжиною близько 3 км. Цінність острова полягала у максимальній близькості до Японії, що дозволяло здійснювати вильоти з бомбардування японських міст. Ідеальний плацдарм.

Однак сам острів був невеликий і за кінцем смуги одразу починався океан.

За добу до вильоту "Еноли Грей", розбилися кілька важких завантажених бомбардувальників, які похмурими кістяками лежали поряд зі смугою.
Можна було уявити почуття командира екіпажу Пола Тібітса, коли він виводив свій бомбардувальник на злітну смугу і дивився на рештки літаків своїх колег. Але ж у нього ще на борту була атомна бомба!
До речі, щоб уникнути трагедії у зв'язку з незапланованим ядерним вибухом, якщо щось піде не так під час зльоту, було ухвалено рішення остаточно готувати бомбу (активувати підривник) уже в польоті! То був ще той виклик. Але інакше вибух міг би рознести половину острова. А сам літак випав би крапельками розпеченого металу у кращому разі.
Адже бомба теж була немаленька – понад 4 тони. До речі, коли її скинули, ніс літака миттєво підкинуло вгору на 3 метри, коли машина звільнилась від вантажу. Але пілоти були готові до цього. У задній частині літака були розташовані додаткові паливні баки. Їхнє завдання було не стільки, щоб забезпечити стратегічний запас палива (під час польоту на Хіросіму воно так і не було використано), скільки щоб урівноважити бомбардувальник через вагу бомби.
І цей обтяжений на тонни літак мав піднятись у повітря без права на помилку.
Тібітс дав максимальний газ і літак помчав швидко до краю смуги. Ось уже й океан видно. Але Тібітс все не піднімає носа – покази тахометра свідчили, що 4 пропелери за його розрахунками ще не досягли заданої кількості обертів. І лише в самому кінці смуги, холоднокровний командир відірвав важку машину. Успіх! Штурман потім говорив: “Коли прямо перед собою я побачив воду і нас над нею, я зрозумів, що ми все-таки змогли злетіти”.

4 Закладка звичайної вибухівки та урану в повітрі

Як і всі зразки ядерної та термоядерної зброї, як минулого, так і нинішнього століття, є глибоко засекреченими. А вся інформація у відкритих джерелах має в основному ймовірний характер. Хоча загальні моменти, особливо щодо першої атомної бомби Малюк скинутої на Хіросіму, сумнівів не викликають. Якщо говорить про принципову (схемотехнічну) конструкцію, вона більш-менш зрозуміла.
Уранова вибухівка складалася з двох частин: нерухомої, закріпленої в стовбурі і рухомої. Яку майже миттєво (на наших мірках звичайно, а якщо бути точніше за застарілим-артилерійським) поєднати з нерухомою. При з'єднанні повинна бути досягнута критична маса, яка для високозбагаченого урану 235 складає 50 кг. У бомбі було сумарно приблизно понад 60 кг. Був ініціатор нейтронів, який прискорював і посилював хід реакції. Як ми писали, щоб уникнути вибуху не землі, було ухвалено рішення остаточно споряджати бомбу вже на борту, у польоті.
Цю місію взяв він Парсонс – спеціаліст з вибухівки, який брав участь у місії.

Він ще на землі десятки разів тренувався, щоб вставити рухому уранову частину в бомбу і потім змонтувати пороховий заряд, який повинен був її штовхати пороховими газами, майже як у звичайній гарматі.

Коли всі руки були замазані графітовим мастилом від складання-розбирання елементів конструкції, але рухи доведені до автоматизму, він нарешті був готовий повторити все те саме вже в польоті.
Адже там доведеться працювати в набагато жорсткіших умовах! І справа не лише в нервах.

1. По-перше, бомбовий відсік зовсім не призначений для маніпуляцій там людиною. Тісний та вузький, він мав місце тільки для бомби. Але Парсон, зігнувшись у м'яко кажучі складному положенні, якось примудрився провести раніше відпрацьовані маніпуляції.
2. По-друге, холод та кисневе голодування. Командир Тібітс спеціально вів літак на низькій висоті близько 1,5 кілометра, щоб Парсонс зміг працювати в бомбовому відсіку. Адже він був не герметичним! І лише після завершення запланованих процедур, Парсон повернувся в салон, а Тібітс підняв літак на крейсерську висоту. 9000 метрів.
3. По-третє, стулки бомбового відсіку були алюмінієвими та не були розраховані на вагу людини. Парсонс потім ділився своїми відчуттями: "Як воно – споряджати атомну бомбу, думаючи при цьому про те, що від падіння в океан тебе відокремлюють лише тонкі дверцята, на яких ти стоїш !"

Якщо бути точним, крім установки рухомої частини уранової начинки і пороху, потрібно було ще підключити 24-вольтовий акумулятор, який автономно живив систему після скидання бомби, зняти запобіжні заглушки. В цілому привести бомбу у повністю бойове положення.

5 Точка прицілювання

За кілька тижнів до вибуху були дебати при виборі об'єкта для скидання бомби. Учасники проекту годинами "чаклували" над картою. Необхідно було врахувати одночасно низку моментів.

І точкою прицілювання став Міст Айой Чому саме він ?

• унікальна T-подібна форма (з відгалуженням у бік). Для точного скидання повинна бути не тільки ідеальна видимість, але і досить великий і однозначно помітний об'єкт. Айой відмінно підходив під цю роль.
• Міст знаходився неподалік центру міста. Отже ефект від вибуху буде досягнутий максимальний. Як би важко не було про це говорити, але окрім фізичних руйнувань і безлічі жертв і президент Трумен та його радники обґрунтовано розраховували на шоковий ефект від застосування нової зброї. Щоб швидше закінчити Другу світову війну. А якщо ні, то довелося б висаджуватися на головних японських островах з передбачуваною загибеллю сотень тисяч американців. І війна продовжилася б і в 1946 році ! Враховуючи, що японці принципово не здавалися в полон. 

Під час вибуху, міст серйозно постраждав. Було знесено залізобетонний парапет. Про це ми ще скажемо нижче. Треба віддати належне бомбардиру. Він свою роботу зробив блискуче.

Відхилення становило якісь 100 метрів.

Ми зараз не про моральний бік питання, а суто про технічну справу. До речі, коли через 3 дні скидали другу бомбу на Нагасакі, "приціл збився" (у тому числі через хмарність та інші фактори) і вибух стався за три кілометри від запланованої точки.
Міст Айой до речі був реконструював і існує й досі. Один із символів трагедії 6-го серпня 1945 року.

6 Потрійна страховка

Бомба мала складну 3-ступінчасту взаємозалежну систему активації заряду.

1. Щоб запобігти вибуху відразу після скидання, і загибелі літака з екіпажем, було передбачено таймер на 15 секунд. За цей час бомба пролетіла третину свого шляху. Спеціальне хвостове оперення уповільнювало її політ.  
2. Датчик тиску. Тобто манометрична система. За фактом це була мембрана, яка змінювала свою кривизну в залежності від тиску повітря. Досить грубий метод. Але ж її завдання - блокувати сигнал від радіовисотоміра. І лише, як буде досягнута висота плюс-мінус – 2000 метрів, включалися радіовисотоміри. Так, їх було два!
3. Радіовисотоміри. Це точніша система. Якщо подивитися на схему бомби, можна побачити антени в передній частині. Ось це і є приймально-передавальне пристрій, що "ловить" відбитий від землі сигнал. Як тільки було досягнуто висота вибуху – 600 метрів, спрацьовував заряд, підпалював порох та … Ядерна реакція починалася через 10 мілісекунд, а сама реакція тривала незбагненно-короткі мільйонні частки секунди !

Для чого потрібна така складна система? Чому не можна було залишити лише барометр чи тільки радіовисотомір? Адже кожна додаткова ланка могла стати слабкою.
Радіовисотомери працювали на секретній частоті. Якби японці якимось чином дізналися б цю частоту, і направили сигнал цієї частоти на бомбу, вона могла б вибухнути раніше – наприклад вище – не досягнувши очікуваного ефекту. Та ще й знищивши літак.
До складу екіпажу "Еноли Грей" був включений фахівець, основним завданням якого було забезпечити захист від спрацьовування бомби, якби японці здогадали вплив на бомбу радіосигналом.

7 Без транзисторів та мікросхем !

Ось ми всі розповідаємо про таймер, про висотоміри. Але ж у 1945 році ніяких мікросхем типу цифрових лічильників і близько не було! Перший транзистор був презентований тільки в 1947 році, а мікросхеми взагалі в 1958 році.
Так і хочеться адресувати безмовне питання (бо в живих вже нікого немає) інженерам і вченим тих років: "Хлопці, як Ви примудрилися все це зробити без компонентної бази другої половини XX-го століття?".
Так. Конструкція бомби була заснована на аналоговій електроніці:

• електронні лампи;
• резистори;
• реле;
• конденсатори.

Бомба на лампах?! Так і є. Зараз лампові телевізори працюють тільки у найвідданіших шанувальників пенсійного віку, у радіоаматорів і на розбиранні на радіоринках.
Але що накажете було робити у 1945 році? У політиків не було такої розкоші за часом, як у режисера Джеймса Кемерона, який чекав з 1984 до 1991 року, поки будуть винайдені цифрові технології і спецефекти, щоб зняти культового "Термінатора-2". Потрібно було працювати з тим, що є. Лампи так лампи. Які забезпечували механізми синхронізації, індикації, підриву.

8 Сила вибухової хвилі

Незважаючи на умовну  “слабкість” першої атомної бомби (20 Кілотон), скинутої на Хіросіму за сучасними уявленнями (де домінують боєголовки 300 Кт-1 Мгт), для 1945 року сила вибухової хвилі була жахливою. Власне два атомні вибухи були одним із серйозних факторів капітуляції Японії. У поєднанні звичайно зі вступом у війну СРСР, що вплинуло на рішення імператора Хірохіто здатися.
І хоча багато скептиків пишуть, що безліч будівель були дерев'яними і бамбуково-картонними і були зметені  потужним вибуховим вітром, це лише частина істини.

Дерев'яні споруди зносяться і "звичайним" ураганом. Які нерідкі наприклад у США. Тому заради об'єктивності треба звернути увагу на більш «важкі» для руйнування об'єктів. Так от, якщо порівняти фотографії мосту, про який ми говорили вище до і після вибуху, то помітно, що хвилею було знесено залізобетонний парапет. Тут відіграла роль комплексна дія жару в кілька тисяч градусів, нехай навіть короткочасна, яка послабила конструкцію і потім миттєвий удар фронту надстисненого гарячого повітря.
Перекладемо все на мову цифр і наблизимо для полегшення розуміння до нашого реального життя.

1. У 500 м від епіцентру (якраз, де знаходився міст) піковий надлишковий тиск становив приблизно 35–45 psi (≈ 2,5–3 атм).
2. На відстані 1 км, тиск падав до ~15 psi (≈ 1 атм надлишкового).
3. В 2 км – близько 5 psi (0,3 атм).

Довідково:

1 psi = 0,07 атм ≈ 7 кг/м² тиску на поверхню.

Отже, з чим можна порівняти силу ударної хвилі в центрі Хіросіми під час вибуху ?

Це еквівалент удару бетонної плити товщиною 30-40 см, що летить на швидкості близько 250 км/ч.

Це з приводу того, що "так там знесло тільки бамбуково-дерев'яні будівлі". При такому тиску руйнуються масивні цегляні будівлі, кришаться бетонні стіни, гнуться сталеві балки.
Що з людиною? Миттєва смерть від розриву легень, роздавлювання елементами будівельних конструкцій. І це без дії температури в тисячі градусів.
Навіть на відстані 1 км, де надлишковий тиск падає до 1 атм, більшість будівель буде зруйновано, а людей на відкритій місцевості чекає смерть.

Порятунок отримали лише ті, хто був у бомбосховищах або сейсмостійких віддалених будівлях.

9 Наздогнала

Вибухова хвиля "догнала" літак на відстані 18 км і кілька разів струснула (спочатку прямою вибуховою хвилею, а потім і відбитою від землі). Як висловився один з членів екіпажу "було таке відчуття, ніби велетень вдарив по корпусу телеграфним стовпом". Деякі члени команди навіть подумали, що це тряска від зенітних снарядів, що розривалися поруч.

Цікаво, що фронт вибухової хвилі можна було спостерігати візуально!

Це була блакитно-біла смуга, що швидко рухалась і тремтіла. Але ж повітря не можна побачити ?!
Справа в тому, що вибухова хвиля це складне явище, що складається з розтягувань, і стиснень повітря, що чергуються. При цьому розтяг не менш небезпечний, ніж стиск і довершує руйнівну силу. Спочатку об'єкт (наприклад будинок) зазнає величезного тиску, а потім тут же хвиля розрідженого повітря тягне його у зворотний бік. Таке "розгойдування", особливо на близькій відстані від епіцентру, є фатальним.
Так ось, поєднання стиснення та розрядження супроводжується зміною температури. Ми це бачимо, наприклад, по дизельним двигунам, коли повітря стискається поршнем, через це повітря нагрівається до температури займання дизпалива, яке впорскує в розжарене повітря насос високого тиску. Тому при вибуховій хвилі спостерігається явище точки роси, коли через різко знижену температуру (після проходження гарячого фронту), волога повітря випадає у вигляді крапель (конденсату). Потім навколишнє повітря знову нагрівається, і конденсат переходить у газоподібний стан.

10 Дефект маси

Трошки фізики. Не бійтеся - лише одна формула, зате яка - всесвітньо відома. Від найгеніальнішого Ейнштейна. E=mc².
Враховуючи величезний множник (c = швидкість світла 300 000 км/с), вже зрозуміло, що навіть для невеликих мас енергія буде колосальна.
А тепер все розкладемо по атомах поличкам.
Реакція поділу (уран, плутоній) звільняє лише малу частку енергії. Із теоретично можливої.
Ядерний матеріал використовується вкрай неефективно. Левова частка - це невикористане паливо, а менша складається - з уламків розподілу в ході реакції. В останніх і "ховається" грізна енергія.
Інженери жахнулися б від такого низького ККД, що обчислюється одиницями відсотків, а то й менше, як зараз побачимо. Але що вдієш - людство змогло лише частково приборкати ядерну енергію. Навіть зараз, у 2025 році.

Звідки береться енергія вибуху ?

Вона виникає з різниці мас між вихідним матеріалом та продуктами реакції.

Наприклад, коли атом урану-235 ділиться на два уламки, їх сумарна маса трохи менше вихідної. Що означає "трохи" ? Різниця в масі (приблизно 0,1% - як мало!) перетворюється на величезну енергію за вищевказаною формулою.

Тепер перейдем до цифр.
У бомбі потужністю 20 кт (підірваної в Хіросімі) енергія дорівнює 8,4×1013 Дж.

• Це відповідає перетворенню на енергію всього близько 1 грама речовини (!).
• Тобто вся миттєва катастрофа Хіросіми, що бачив екіпаж бомбардувальника, сталася через настільки мізерне «зникнення» маси, що й розгледіти складно. Реально на вбивчу енергію перетворилися лише грами урану.

Чому так не ефективно?
Дві причини.
1. З 64 кг урану-235 безпосередньо в ядерну реакцію вступило близько 1%. Тобто лише 600 грам. Інші ж 99 відсотків вилетіли на вітер у буквальному сенсі. І випадали радіоактивним дощем на голови нещасних японців, що вижили. Чому тільки 1%? "Малюк" був побудований за "гарматною" схемою. Коли заряд пороху розганяв одну частину урану, щоб з'єднатися з другою, ланцюгова ядерна реакція стартувала миттєво під час торкання. І відбувався вибух. Який розкидав залишки палива, що не прореагувало. Воно просто не встигало на 99% прореагувати.
2. А тепер, як ми вказали, вище, рахуємо, що в енергію перетворилося всього 0,1% від урану, що прореагував (600 г). Ця кількість поміститься в чайній ложці!
"Так Ви що! Така мізерна кількість призвела до таких колосальних руйнувань та жертв ?" Так. Ось така складно-сприйнята, але від цього не менш жахлива ядерна міць.