2.8. Ядерные испытания и физико-математическое моделирование работы ядерных зарядов

Вразработке ядерного оружия ключевую роль играют две компоненты – ядерные материалы

исистема физико-математических моделей (СФММ) работы ядерных зарядов. Роль ядерных испытаний в основном состояла в проверке выводов СФММ и в предоставлении экспериментальных материалов для ее расширения и развития. В отсутствии ядерных испытаний было бы чрезвычайно сложно обосновать ядерные оружейные разработки, хотя по мере накопления опыта категоричность этого утверждения смягчается, а термин «достаточная степень» наполняется конкретным смыслом. Проблема определяется уникальным характером физических процессов, происходящих при взрыве ядерного заряда в нем самом, при воздействии взрыва на окружающую среду, и отсутствием ряда лабораторных возможностей для их адекватного моделирования.

Взрыв ЯЗ включает в себя разнообразные процессы, связанные с гидродинамикой среды, детонацией взрывчатых веществ, переносом излучения и нейтронов, термоядерным горением, развитием неустойчивостей и т.д. Отдельный комплекс вопросов возникает в связи с:

•формированием вторичных поражающих факторов, создаваемых при взаимодействии ядерного взрыва со средой (например – формирование ударной волны и светового излучения ЯВ в атмосфере; сейсмической волны в грунте);

•формированием воздействия поражающих факторов ядерного взрыва на поражаемые

объекты.

Ситуация осложняется тем, что многие виды процессов протекают одновременно. Различные стадии процессов характеризуются принципиально разными масштабами, отличающимися на несколько порядков в их скорости и длительности. В этих условиях основной научно-технический вывод в разработке ЯЗ (после реализации принципиальной возможности создания ядерного заряда) состоял в установлении детерминистского характера развития ряда основных этапов ядерного взрыва. Именно эта особенность, априори не очевидная, сделала ядерный взрыв не просто физическим феноменом, а оружием, и в ее установлении принципиальное значение играли ядерные испытания.

По своему характеру разработка ядерных зарядов представляла собой, прежде всего, создание системы адекватных физико-математических моделей, описывающих все стадии ядерного взрыва. На основе СФММ и на базе существующего парка ЭВМ создавались модели работы ЯЗ и определялись их характеристики. В ядерных испытаниях проверялось соответствие расчетных характеристик ЯЗ и параметров, регистрируемых средствами диагностики. Проведение разнообразных ядерных испытаний пионерских разработок, модернизаций ЯЗ, повторных взрывов ЯЗ, развитие видов и возможностей средств диагностики содействовали совершенствованию СФММ, повышая точность и надежность расчетов ЯЗ, определяя границы их применимости.

Таким образом, хотя СФММ работы ЯЗ представляет собой продукт научного творчества, только достаточное количество ядерных испытаний позволили придать ей должную достоверность, конкретизировать и расширить ее содержание. Только располагая таким инструментом, можно прогнозировать поведение ЯЗ в различных ситуациях, разрабатывать эффективные способы проектирования ЯЗ. В этом и состоит основное научно-техническое значение ядерных испытаний.

Принципиальным является вопрос о представительности ядерных испытаний каждого типа ЯЗ для всей производимой серии этого оружия. Любой тип ЯЗ имеет конкретную физикоматематическую модель работы, конструкцию и технологию производства, внутри которых отдельные экземпляры ЯЗ данного типа считаются идентичными. В то же время, конечно, каждый экземпляр ЯЗ в той или иной степени индивидуален и отличается от других экземпляров в пределах нормативных допусков. Принципиальным требованием к разработке и производству ЯЗ является условие, чтобы и схема заряда и нормативные допуски были таковы, чтобы фактические различия между экземплярами ЯЗ данного типа не были бы существенны для работы и характеристик ЯЗ.

Развитие СФММ и система конструкторского проектирования ЯЗ должны позволять осуществлять необходимый отбор схем ЯЗ и определять требуемый уровень контроля производства. Тот факт, что этому условию можно в принципе удовлетворить, следует из успешной практики ядерных испытаний.

160	Укрощениеядра

На определенной стадии развития ядерного оружия возникает вопрос о достижении достаточной степени адекватности СФММ. При этом речь может идти как о возможности обеспечения необходимых гарантий для созданного боезапаса, так и о возможности разработки новых ЯЗ без ядерных испытаний. На оба эти вопроса не могут быть даны общие однозначные ответы.

С одной стороны в боезапасе находились некоторые виды ядерных боеприпасов, которые были испытаны за 20–30 лет до этого, и с тех пор не переиспытывались, хотя возможность проверки их работы постоянно существовала. В соответствии с этим возможен положительный ответ: существующая практика предполагала обеспечение необходимых гарантий для отдельных типов ЯЗ без возобновления их ядерных испытаний в течение достаточно длительного времени. При этом, конечно, необходимо учитывать такие факторы, как надежность ЯЗ, предъявляемые к ЯЗ требования и место ЯЗ в иерархии ядерных вооружений. В ряде случаев без ядерных испытаний производилось расширение допустимых условий взрыва ЯЗ, гарантийных сроков, конструкционных характеристик. С другой стороны, многие виды модернизации ранее разработанных ЯЗ проходили через ядерные испытания, и эта практика знает неожиданные результаты.

Таким образом, ответ на первый вопрос зависит как от конкретных особенностей рассматриваемого ЯЗ, так и от степени и вида изменений, воздействий, которым подвергается ЯЗ. Иногда возможностей СФММ было достаточно для выдачи заключения с требуемой достоверностью, а иногда было необходимо проведение ядерных испытаний.

Рассмотрим теперь вопрос о том, может ли быть разработан без полигонных испытаний новый ядерный заряд и будет ли этот ЯЗ удовлетворять требованиям, предъявляемым к ядерному оружию. Очевидно, что этот вопрос допускает утвердительный ответ. Действительно, каждый ЯЗ прежде всего проходил стадию разработки, а затем испытывался, и, как правило, прогнозируемые характеристики в основном совпадали с данными испытаний. В том случае, если схема разрабатываемого заряда была достаточно надежной и если к характеристикам ЯЗ не предъявлялись слишком жесткие ограничивающие требования, результаты испытаний практически всегда были удовлетворительными. При этом необходимо иметь в виду, что отсутствие возможности прямой проверки работы ЯЗ потребует дополнительного увеличения надежности его схемы и снизит некоторые характеристики заряда, однако не должно быть никаких сомнений в том, что это будет настоящее ядерное оружие. С другой стороны, наличие жестких ограничений на схему ЯЗ может привести к недостаточной достоверности прогноза работы ЯЗ на основе СФММ.

Подчеркнем, что эти выводы основаны на практике разработки ядерного оружия СССР, и их конкретное значение может быть несколько иным в отношении возможностей других государств или при изменении ситуации в одном и том же ядерном государстве.

Степень достоверности и универсальности СФММ определяется как конкретными особенностями физико-математического содержания и структуры моделей, так и объемом проверки ее выводов в различных ситуациях. При этом, чем в большем количестве ядерных испытаний апробированы выводы модели, чем разнообразнее типы и степень надежности ЯЗ, проходящих ядерные испытания, чем информативнее используемые в испытаниях средства диагностики, тем при прочих равных условиях эффективнее СФММ, позволяющая рассчитать все это многообразие параметров и ситуаций. Когда изученное поле различных систем и параметров становится достаточно большим, для решения различных вопросов разработки ЯЗ формируется целая система аналогов, и при этом возникает возможность использования методов экспертных оценок с минимальным применением прямых расчетов СФММ.

СФММ работы ЯЗ при несомненной общности своей основы может иметь у различных ядерных государств существенные индивидуальные черты, которые определяются не только различным конкретным пониманием задач, выбором существенных элементов физических процессов и методов их описания, возможностями ЭВМ, но и особенностями опыта, полученного в испытаниях ЯЗ. Именно это отличает СФММ, созданные в ядерных государствах, друг от друга и от аналогичных систем моделей, которые могут быть в принципе разработаны неядерными государствами или отдельными группами ученых.

Поскольку СФММ представляют собой элементы системы знаний, то их фрагменты могут в принципе распространяться за пределы ядерных государств вследствие публикаций, миграции специалистов, незаконной передачи информации и т.д. При этом отдельные неядерные государства