Формирование подразделений КБ-11

9 апреля 1946 года принято совершенно секретное постановление правительства о создании КБ-11 (в городе Сарове) – института для разработки зарядов, главный конструктор и научный руководитель по конструированию и изготовлению опытных реактивных двигателей – Харитон, директор – Зернов.

Перед КБ-11 была поставлена задача: создать 2 варианта атомных бомб – плутониевой с использованием сферического обжатия и урановой с пушечным сближением. Их должны испытать до 1.01.48 и до 1.07.48. План утвержден Сталиным 21.06.46.

За официальную точку начала разработки РДС-1 принимается дата выпуска «ТТЗ на атомную бомбу», подписанное Харитоном 01.06.46.

Прежде всего, предстояло провести исследования свойств ДМ, разработать и апробировать методы их литья и механической обработки.

Необходимо было создать радиохимические методы извлечения различных продуктов деления, организовать производство полония (нейтронный запал) и разработать технологию изготовления источников нейтронов.

Требовались методики определения критической массы, разработка теории эффективности или КПД, теории ядерного взрыва в целом.

Особый раздел обширных работ был связан с теорией сходящейся детонационной волны, вопросами детонации ВВ и процессами, происходящими с фронтом детонационной волны при переходе детонации из одного ВВ в другое, при столкновении детонационных волн, исходящих из разных точек.

Невозможно было обойтись без изучения сжимаемости металлов при больших давлениях.

Нужны были лабораторные методы исследования газодинамических процессов, протекающих при взрыве сферического заряда ВВ, и методы определения параметров ЯВ при полигонных испытаниях.

Серьезные задачи были связаны с разработкой специальных электродетонаторов, приборов автоматики, корпуса авиационной бомбы, отработкой его баллистики и созданием узлов подвески, а также аппаратуры для изучения быстротекущих процессов.

Немаловажный круг проблем требовалось решить в связи со строительством специального полигона для проведения ЯИ.

С учетом проблем, решаемых в КБ-11, определена очередность формирования структурных подразделений. В первую очередь создавались лаборатории взрывчатых веществ, рентгенографии, нейтронной физики, по изучению эффективности взрыва, контроля качества ДМ (плутония и урана), их металлургии и механической обработки.

КБ-11 в начальный период состояло из 2 секторов:

- научно-исследовательский сектор (НИС);

- научно-конструкторский сектор (НКС).

НИС

Возглавил Кирилл Иванович Щелкин.

В состав сектора входили:

- лаборатория №1 – исследование и обработка фокусирующих систем,

- лаборатория №2 – исследование детонации ВВ,

- лаборатория №3 – методы скоростной рентгенографии,

- лаборатория №4 – исследование уравнений состояния веществ при сверхвысоких давлениях,

- лаборатория №5 – подготовка и проведение натурных испытаний,

- лаборатория №6 – исследование обжатия материалов под действием ВВ,

- лаборатория №7 – разработка нейтронных инициаторов,

- лаборатория №8 – металлургия делящихся материалов,

- лаборатория №9 – проведение критмассовых измерений,

- лаборатория №10 – проведение электронно-технических измерений,

- лаборатория №11 – теоретические исследования,

- лаборатория №12 – математическая группа.

НКС

Руководителем с 1946 года был Турбинер (до 1948 года). Затем Духов (с 1948 года).

Отделы (в лабораториях):

- отдел 39 – разработка корпуса и компоновка бомбы (ВНИИТФ, НКО-7),

- отдел 40 – разработка конструкции заряда (ВНИИТФ, отделение 6),

- отдел 41 – разработка систем автоматики бомбы (ВНИИТФ, сектор 6),

- отдел 42 – разработка контактновзрывательных устройств (отделение 8
КБ-2),

- отдел 43 – разработка контрольной аппаратуры для систем автоматики (отделения 8, 9),

- отдел 48 – разработка системы электрическоинициируемого заряда,

- отдел 49 – разработка электродетонаторов,

- отдел 51 – радиоконтрольная аппаратура,

- отдел 50 – разработка электрической схемы автоматики.

Производственные подразделения:

Завод 1 – обычное машиностроение, ДМ,

Завод 2 – работы, связанные с ВВ.

В 1949 году в г. Арзамас-16 основано первое серийное предприятие для обеспечения Советской армии ядерным оружием – электромеханический завод «Авангард».

К началу разработки АЗ отечественные ученые-физики в какой-то степени были готовы к работам по созданию атомной бомбы, для конструкторов же эта тематика была совершенно новой. Они не знали физических основ устройств ЯЗ, новых материалов, применяемых в конструкции, их физико-механических свойств, условий совместного хранения и т.д. Кроме того, возникла проблема, связанная с тем, что документация была разработана по различным ведомственным руководящим материалам (инструкции, технические условия, нормали, построение чертежного обозначения и т.д.). Это сильно затрудняло производство из-за больших различий в требованиях к изготавливаемым деталям. Духов, начальник НИКа КБ-11, привез из ОКБ-11 (г. Челябинск), принятую там «Систему чертежного хозяйства» и организовал переработку ранее разработанной документации, приведя ее к единой системе.

 

Рис.16 – Схема АБ

Конструктивно первая АБ (РДС-1), разработанная в КБ-11, состояла из следующих принципиальных составных узлов (рис.16):

- ядерного заряда,

- взрывного устройства и системы автоматики подрыва с системами предохранения,

- баллистического корпуса авиабомбы, в котором размещались ЯЗ, автоматика подрыва и парашютная система.

По штатному расписанию численность КБ-11 составляла

- в 1946 году – 744 чел. (ИТР и НР -117 чел.),

- в 1948 году – 1137 чел,

- в 1951 году – 1951 чел,

- в 1952-53 гг. – 2925 чел.

В настоящее время численность ВНИИЭФ – более 10000 чел.

 

Становление ВНИИТФ

1955 год – год рождения РФЯЦ-ВНИИТФ. Основной причиной создания нового объекта являлось поддержание конкуренции между разработчиками. Это обеспечило ускорение темпов и расширения фронта работ по созданию ядерного оружия, давало возможность более объективно судить об уровне создаваемого оружия. Такое исключение монополизма использовалось и в других областях – авиации, морской флот, ракетостроение и т.д. Новый объект формировался на базе КБ-11
(Арзамас-16). КБ-1011, ВНИИП, ВНИИТФ – основные названия института. Первым научным руководителем института назначен К.И. Щелкин, директором – Д.Е. Васильев. Профессиональную основу нового ядерного центра составили специалисты КБ-11, ряда предприятий атомной отрасли и других министерств. Кроме того, был проведен набор лучших выпускников высших учебных заведений страны.

В 1955 году испытана первая водородная бомба, рожденная в недрах КБ-11 силами сотрудников нового объекта. В 1957 году – первая бомба, переданная в серийное производство, за что в 1958 году группа ученых была награждена Ленинской премией. Успешно проведенный в 1957 году на Новой Земле первый физический опыт открыл еще одну важную страницу в деятельности института – выполнение уникальных фундаментальных исследований в области экстремальных состояний вещества и высокоинтенсивных динамических процессов. Главное достижение Челябинска-70 в военной отрасли – в миниатюризации. Здесь в начале 60-х годов ранее и независимо от США закладывались основы для РГЧ – разделяющихся головных частей. Совместно с КБМ (г. Миасс) под руководством В.П. Макеева создано ядерное оружие для морского флота, в том числе для межконтинентальных атомных подводных лодок. Ядерное оснащение морских ракет практически полностью состояло из продукции ВНИИТФ. Институт стал монополистом в области создания артиллеристских ядерных зарядов. Общей оценкой военной составляющей военной деятельности является то, что 2\3 серийных зарядов в 70-х годах были разработки ВНИИТФ.

Другое направление разработки ЯЗ – мирные заряды, предназначенные для выполнения взрывов в хозяйственном секторе страны. Развитие в этой области сдерживается радиоактивностью, причем наиболее опасная ее часть происходит от деления тяжелых ядер (урана или плутония). Задача состояла в том, чтобы деление в общем энергобалансе составило наименьшую долю. Горячим сторонником развития мирной тематики был Е.И. Забабахин, ставший научным руководителем после К.И. Щелкина.

Примеры применения мирных ядерных зарядов.

1. Серия взрывов на предполагаемом канале по переброске рек Сибири в южном направлении.

2. Тушение пожара на газовом месторождении в Средней Азии, район Памука. Взрыв проводился в исключительно тяжелых условиях, при температуре порядка 100^°С. Ударная волна пережала канал поступления газа.

3. В Апатитах (Кольский полуостров) с целью дробления массива руды проведен взрыв в необычайной постановке. Необходимо было значительную долю энергии использовать для дробления породы, а продукты взрыва направить в камеру захоронения.

4. Десятки взрывов в разных районах Сибири, направленных на составление геологических карт обширных областей, в т.ч. по сейсморазведке нефте- и газовых месторождений.

В институте были созданы рекордные по характеристикам ЯЗ и ЯБП:

- самый маленький ЯЗ для артиллерийского снаряда калибра 152 мм;

- самый легкий блок для стратегических ядерных сил;

- самый прочный и термостойкий ЯЗ, выдерживающий давление до 750 атм и температуру до 120^°С, предназначенный для мирных целей;

- самый ударостойкий ЯЗ, выдерживающий перегрузки более 12000 ед.;

- самый чистый по продуктам деления ЯЗ, предназначенный для мирного использования, в котором 99,85% энергии выделяется за счет синтеза легких элементов;

- самый маломощный заряд-облучатель.

В современных условиях на первое место вышли задачи поддержания дееспособности боезапаса при отсутствии натурных ядерных испытаний, обеспечение его надежности и безопасности. Принципиальное значение для начала эры сокращения ядерных вооружений имел совместный с США эксперимент по контролю Договора об ограничении мощности подземных испытаний, проведенный в 1988 году на Невадском и Семипалатинском полигонах. ВНИИТФ отвечал в них за проведение эксперимента с советской стороны и за обеспечение гидродинамического контроля в последующих мощных американских взрывах.

К числу конверсионных направлений института относятся:

- технологии гидрорезки прочных материалов и деталей из них, взрывной разделки крупногабаритных металлических конструкций;

- взрывные устройства для перфорации стенок нефтяных и газовых скважин (перфораторы);

- экологические исследования, разработка технологий и систем очистки сред от бытовых и производственных загрязнений;

- решение актуальных проблем ядерной энергетики (контейнеры нового поколения для транспортировки и хранения отработанных ТВЭЛов атомных электростанций, исследования аварийных процессов).

Институт тесно сотрудничает с ведущими научными центрами России, ближнего и дальнего зарубежья. Ряд научных работ в области динамических нагружений, радиационных воздействий, химических процессов выполняется совместно с институтами Уральского отделения Академии наук РФ.

За великими делами всегда стояли великие люди, в том числе талантливые руководители ВНИИТФ и его подразделений. Научные руководители К.И. Щелкин, Е.И. Забабахин, Е.Н. Аврорин и Г.Н. Рыкованов, директора Д.Е. Васильев, Г.П. Ломинский, В.З. Нечай, Е.Н. Аврорин и Г.Н. Рыкованов, руководители математического подразделения Н.Н. Яненко, А.А. Бунатян, физики-теоретики Л.П. Феоктистов, М.П. Шумаев, физики-экспериментаторы В.Ю. Гаврилов и Ю.А. Зысин, газодинамики И.В. Санин и К.К. Крупников, конструкторы – В.Ф. Гречишников, П.А. Есин, А.Д. Захаренков, Б.В. Литвинов, Ф.Ф. Желобанов, экспериментаторы А.В. Бородулин, А.Ф. Васильев и др.

Основные подразделения института в настоящее время:

1. Теоретические подразделения – НТО-1 и НТО-2;

2. Математическое подразделение – НИО-3;

3. Конструкторские бюро – КБ-1 и КБ-2, в состав которых входит ряд подразделений, направленных на разработку ЯЗ и ЯБП;

4. Физическое экспериментальное подразделение – НИО-5;

5. Исследовательский комплекс – НИИК;

6. Технологическое подразделение – НИО-160;

7. Экспериментальный завод №1 – обработка металлов и ДМ;

8. Экспериментальный завод №2 – обработка пластмасс и ВВ.

Кроме них в состав института входит ряд вспомогательных подразделений и управление. Выпускники кафедры работают в подразделениях 3-8.

Рассмотрим подробнее.

1. Группа теоретических и математических отделений (НТО-1, НТО-2, НИО-3).

Основной теоретический метод разработки ЯО – метод математического моделирования, компонентами которого являются

- физические и математические модели;

- прикладные программы;

- системные программы и средства программирования;

- вычислительная техника.

Во ВНИИТФ разработано большое количество физических и математических моделей, созданы необходимые математические прикладные программы и накоплен богатый опыт их применения. Значительное место в работе занимают фундаментальные исследования в областях, связанных с физикой процессов, происходящих при ядерном взрыве:

- свойства веществ во всем диапазоне изменения давления и температуры,

- равновесные и неравновесные фазовые переходы,

- кинетика взрывчатых превращений,

- термоядерные реакции,

- физика плазмы,

- теория турбулентного перемешивания,

- модели прочности и разрушения среды,

- газодинамические течения с учетом упругопластики,

- физика работы рентгеновских лазеров,

- лазерный термоядерный синтез,

- астрофизика (процессы в звездах, взрывы сверхновых).

 

2. Отделение экспериментальной физики.

В отделении созданы измерительные методики, обеспечивающие проведение исследований в лабораторных и натурных опытах, и соответствующая технологическая база для работы с ядерными материалами.

Основные физические установки НИО-5:

- импульсные ядерные реакторы БАРС-5, ИГРИК, ЯГУАР;

- импульсные электронные ускорители с плотностью тока до 100 кА ИГУР-3М, ЭМИР;

- однолучевая лазерная установка с энергией до 200 Дж/нс, пикосекундный лазерный стенд ЭБР-Л для исследования лазерных сред при их возбуждении осколками деления;

- генераторы тока СИГНАЛ и СИГНАЛ-М;

- установки для изучения турбулентного перемешивания в ударных и взрывных процессах ЭКАП, СОМ, ОСА;

- генератор нестандартных ударных волн (ГНУВ);

- лазерный стенд «Факел» с диодной накачкой.

Технологические стенды позволяют измерять прочностные характеристики деталей из урана и плутония и наносить на них защитные покрытия, наносить диэлектрические покрытия на оптические детали, изготовлять мишени для исследования на лазерных установках и элементы рентгеновской оптики.

В отделении развита теория связанных импульсных реакторов, которые используются для проведения испытаний на нейтронную стойкость ЯЗ и радиоэлектронной аппаратуры, разработаны методы локальной дозиметрии нейтронов, гамма- и рентгеновских излучений, спектроскопии электронных пучков, имеются средства для спектральных измерений ядерных излучений.

 

 

Рис. 17 – Установки НИО-5 (стр. 9, «Атом» № 36, 2006)

3. Группа конструкторских и экспериментальных отделений по разработке ЯЗ (КБ-1).

Основная задача КБ-1 – создание ЯЗ и осуществление гарантийного надзора на всех этапах его жизненного цикла, т.е. создание конструкции ЯЗ, экспериментальное исследование процессов газодинамической стадии его работы, проведение натурных испытаний, научно-техническое сопровождение опытного и серийного производств, эксплуатации, последующей разборки и утилизации заряда.

В состав КБ-1 входят

· отделение экспериментальной газодинамики, изучающее поведение материалов и конструкций на газодинамической стадии работы ЯЗ, т.е. предшествующей ядерному взрыву;

· отделение конструирования ЯЗ, разрабатывающее конструкции ЯЗ различного назначения и осуществляющее авторский надзор за их изготовлением и эксплуатацией;

· отделение внешних испытаний, специализирующееся на проведении неядерно-взрывных экспериментов на ЦП РФ и контроля за соблюдением международных договоров.

 

4. Группа научно-технических отделений по созданию ядерных боеприпасов (КБ-2).

Главная задача КБ-2 – создание ядерных боеприпасов на основе испытанных ЯЗ и осуществление гарантийного надзора на всех этапах их жизненного цикла.

Состав КБ-2:

- отделение разработки СБЧ, контейнеров и эксплуатационного оборудования;

- отделение разработки систем автоматики и контрольной аппаратуры;

- отделение испытаний и эксплуатации ЯБП;

- расчетно-теоретического отделения;

- отделение разработки систем автоматики и перспективных исследований;

- лабораторно-экспериментального комплекса.

 

 

5. Научно-исследовательский комплекс (НИИК).

Основная задача НИИК – испытания изделий ВНИИТФ на механические, тепловые, электрические и другие внешние воздействия, в том числе при преодолении противоракетной обороны.

В состав НИИК входят два десятка лабораторных корпусов и несколько испытательных площадок, оснащенных уникальным оборудованием.

Рис.18 – Некоторые установки НИИКа (стр. 11, «Атом» №31, 2006)

 

6. Производственная база ВНИИТФ.

На этапе лабораторно-конструкторской отработки изготавливаются до 100 опытных образцов изделий различной комплектации и до нескольких сотен приборов автоматики. Основа производственной базы ВНИИТФ – заводы №1 и 2.

 

6.1. Государственный опытный завод №1.

Производственные мощности завода направлены на отработку конструкторских и технологических решений в области оборонной техники, проверку работоспособности и надежности конструкций. В составе завода имеются все основные переделы производства

- инструментальный;

- металлообрабатывающий;

- литейный и кузнечно-прессовый;

- прецизионно-сварочный (установки электронно-лучевой, лазерной, аргонодуговой сварки);

- гальванический и лакокрасочный, участок покрытий плазменным и ионно-плазменным методами;

- электротехнический и радиоэлектронный (с участком печатных плат).

 

6.2. Государственный опытный завод №2.

Завод занимается изготовлением деталей и сборочных единиц из взрывчатых материалов, гидридов и дейтеридов лития, боросодержащих пресскомпозиций, деталей из полимерных материалов и сборкой зарядов ЯБП.

Основные производственные подразделения завода

- цех по переработке методами литья и прессования для обработки деталей из ВМ;

- цех изготовления деталей из гидридов и дейтеридов лития, боросодержащих пресскомпозиций и обработки деталей;

- цех сборки специзделий с проведением технологических операций по газовым и электрическим проверкам;

- лаборатория по исследованию новых взрывчатых составов;

- физико-химическая лаборатория.

 

7. Подразделения инженерного обеспечения

7.1. Технологическое подразделение

Занимается технологической отработкой изделий, исследованием новых материалов, освоением и внедрением новых техпроцессов в опытное и серийное производство.

7.2 Отраслевой научно-методический центр надзора за специальной безопасностью ЯЗ и ЯБП.

7.3. Отдел научно-технической информации.

7.4. Научно-технические центры:

- Центр проблем безопасности ядерной энергетики;

- НТЦ системных стратегических исследований и разработок, занимающийся разработкой предложений к программам сокращения ядерных вооружений и договорным соглашениям по их ограничению, методов, процедур и технологий в области нераспространения, сокращения и транспарентного демонтажа ЯО;

- НТЦ по системам учета и контроля, физической защиты ядерных материалов;

- Отдел международных связей и научно-технического сотрудничества;

- Центр по разработке обычных боевых частей и прострелочно-взрывной аппаратуры; основные задачи – разработка ОБЧ для современных боеприпасов и перфораторов для нефтегазодобывающей промышленности;

- Аварийно-технический центр (АТЦ).

 

Основы ядерного оружия