Влияние ветра обнаружилось при ядерном взрыве в 1954 году на Тоцком артиллерийском полигоне, расположенном между Самарой и Оренбургом. По направлению ветра разрушение отдельных оконных стекол в деревнях наблюдалось на расстоянии до 60 км от эпицентра взрыва, а против ветра - всего до 10 км. Так как это был единичный взрыв, особой тревоги явление увеличения области разрушения остекления не вызвало, хотя и принесло непредвиденный ущерб. Но при взрыве на Учебном полигоне № 2 около Семипалатинска первого термоядерного заряда было выбито очень много оконных стекол на территории военного городка «М», расположенного в 70 км от взрыва на берегу Иртыша. Поэтому ко времени следующего испытания мегатонного класса, назначенного на осень 1955 года, нужно было разобраться в причинах явления и выработать критерии и условия безопасного проведения взрыва большой мощности.

Научным руководителем испытаний в Тоцком был академик Н.Н. Семенов, директор Института химической физики АН СССР, ученики которого Ю.Б. Харитон и Я.Б. Зельдович были одними из главных руководителей создания ядерного оружия СССР. В ИХФ в отделе академика С.А. Христиановича около года пытались решить проблему влияния ветра на взрыв, но безуспешно. В это время С.А. Христианович взял к себе в отдел несколько выпускников МФТИ, в том числе и меня. И поручил мне разобраться в этой проблеме. После изучения как советских, так и иностранных литературных данных в Государственной библиотеке им. В.И. Ленина мне удалось найти ответ.

Дело было не в простом сносе волны, не в увеличении скорости воздуха и скоростного напора за ударной волной, а в том, что в направлении ветра волна прижимается к земле. Это происходит потому что из-за трения о землю скорость ветра возрастает с высотой. Верхний край волны движется быстрее и поэтому поворачивается к земле. Будучи прижатой к земле, волна занимает меньший объем, и интенсивность ее растет. И, наоборот, против ветра волна поднимается вверх и ее амплитуда падает. Усиление или ослабление может быть даже при нулевой скорости ветра около поверхности земли, так как на высоте ветер есть всегда; это связано с общей циркуляцией воздуха в атмосфере. Так как скорость распространения звуковых и слабых ударных волн зависит еще и от скорости звука, которая, в свою очередь, определяется температурой воздуха, то аналогичное влияние на усиление взрывных волн будет оказывать и изменение температуры воздуха с высотой. Обычно температура уменьшается при подъеме вверх, и этот эффект приводит к ослаблению взрывной волны во всех направлениях. Но бывают и случаи инверсии, при которой температура воздуха возрастает с высотой в пределах 1 - 2 км. Инверсии обычно бывают в утренние часы, когда земля и прилегающий воздух еще остаются остывшими после ночи. Тогда волна будет усиливаться.

Из понимания физики явления следовало, что нужно изучить реальное распределение ветра и температуры с высотой, построить суммарные профили проекции скорости ветра на выбранное направление и скорости звука в зависимости от высоты. Если суммарный градиент будет положительным и достаточной величины, можно будет делать прогноз об усилении взрывной волны в данном направлении.

После такой теоретической проработки задачи можно было выез­жать на место ядерных испытаний на Семипалатинский полигон - «двойку».

Военный городок «М», куда мы прибыли с группой сотрудников ИХФ АН СССР во главе с С.А. Христиановичем, расположен примерно в 150 км на запад от Семипалатинска на берегу Иртыша. Впоследствии он стал городом Курчатовом.

Тем временем приближался день испытаний. Перед ним обычно происходило заседание Государственной комиссии, на котором в данном случае мне предстояло выступить с докладом. Председателем был академик И.В. Курчатов. Он представил меня. Я вышел к большой доске и мелом нарисовал картину распространения взрывной волны с учетом влияния ветра. Отметил наиболее важный случай положительного суммарного градиента, когда волна сначала распространяется во все стороны от взрыва, а потом под влиянием ветра при­жимается к земле, где и увеличивается давление при отражении по крайней мере в 2 раза по сравнению с взрывом в однородной атмосфере. Отметил также случаи фокусировки, когда лучи пересекаются сами с собой и интенсивность увеличивается и без взаимодействия с землей. Меня слушали, не прерывая. Никто не задавал вопросов, а присутствовало человек двадцать. Когда я кончил, то И.В. Курчатов сказал: «А что скажут наши уважаемые оппоненты?» Оказывается, академики А.Д. Сахаров и Я.Б. Зельдович были назначены моими оппонентами! Хорошо, что я не знал, с какой целью они так внимательно расспрашивали меня накануне в своем гостиничном номере, и мне удалось спокойно отвечать на все их вопросы. С официальными оппонентами трудно было бы говорить спокойно. Но теория оказалась верной, оппоненты заявили, что они согласны с докладом и предложенным методом определения безопасности взрывов.

Взрыв мегатонного класса был успешно проведен, но, как и было предсказано, в городке часть стекол была разбита. Наблюдалось сильное увеличение давления в ударной волне - в 4,7 раза больше, чем по расчетам в однородной атмосфере. Такое увеличение давления по срав­нению с акустическим отражением объяснялось нелинейными эффектами, существенными при отражении под малыми углами даже слабых ударных волн.

Подтверждением разработанных представлений были и результаты другого взрыва мегатонного класса, при котором в городке «М» звук взрыва был еле слышный и не было ударной волны. Члены государственной комиссии даже предположили, что взрыв не удался. Но на малых расстояниях все было, как при крупном взрыве с расчетным значением энергии. Явление ослабления было вызвано отрицательным суммарным градиентом. В этот раз был сильный отрицательный градиент темпера­туры, который полностью компенсировал ветровой градиент, хотя ветер дул в сторону Берега.

Другой проблемой полигона было повреждение стекол в Семипалатинске. В населенных пунктах, расположенных на более близком расстоянии от центра взрыва, чем город, стекла не были выбиты, а дальше от взрыва, в Семипалатинске, окна были повреждены. Аномальное распространение взрывных и акустических волн связано с отражением от озоносферы на высоте примерно 30 км, где температура близка к тем­пературе у поверхности земли. Там же дуют и ветры, они сезонные: летом дуют на запад, а зимой на восток, перемена направления происходит в сентябре. Поэтому время испытаний в октябре с этой точки зрения не совсем удачное. В это время суммарная скорость распространения звука на высоте 30 км положительная в восточном направлении, и почти всегда при взрыве есть риск небольших повреждений в Семипалатинске. Но если около земли ветер довольно часто меняет направление, не реже раза в неделю, то на большой высоте сила и направление его отличаются постоянством. После двух случаев разрушения стекол в Семипалатинске и выяснения по нашим работам физики явления (я писал на эту тему обзорные доклады), было решено не проводить больше мегатонных испытаний на УП-2, а перенести их на Новую Землю.

Павел Коротков, профессор кафедры общей физики.

Выпуск №18(1756)-20(1758)