Правда, это была самая важная его деталь - ядерный заряд. Первые две бомбы, взорванные под Семипалатинском, начинили сверхчистым оружейным плутонием. Этот материал тогда был в большом дефиците и стоил очень дорого. В то время как урана-235 имелось достаточное количество. Физики Евгений Забабахин и Давид Франк-Каменецкий предложили зарядить бомбу смесью плутония и урана в соотношении 1:3. Против выступали "ядерные академики" Юлий Харитон и Яков Зельдович - они опасались, что из-за большой разницы в критических массах материалов цепная реакция может пройти неполностью, а то и вообще не начаться.
Но опасались они напрасно - "смесевая" РДС-3 жахнула сильнее своих предшественников. Энерговыделение составило 42 килотонны в тротиловом эквиваленте (РДС-1 - 22 кт, РДС-2 - 37 кт). К тому же испытание 21 октября было первым боевым - атомную бомбу сбросили с самолета.
По этому поводу тоже возникли разногласия. Когда в 1951 году было решено провести второе испытание советской атомной бомбы, группа ученых во главе с Юрием Харитоном потребовала взорвать ее на вышке, чтобы детально изучить процессы, протекающие в момент ядерного взрыва. Руководитель атомного проекта Игорь Курчатов настаивал на боевом испытании.
В результате взорвали два заряда. Первый имитировал сброс бомбы - заряд установили на 30-метровой вышке, над которой в расчетное время на высоте 10 километров пролетел бомбардировщик Ту-4, выполнивший всю последовательность действий по сбросу бомбы - вплоть до радиокоманды на включение автомата подрыва. Удовлетворив таким образом интерес ученых, военные одновременно убедились в способности самолета применять ядерное оружие и его безопасности во время взрыва. Во второй раз все было по-настоящему.
- Снаряженное, проверенное и окончательное подготовленное к подвеске изделие РДС-3 на транспортной тележке вывезли из сборочного ангара. Тягачом на малой скорости доставил его к самолету. Ту-4 - тоже проверенный и заправленный всем необходимым, - уже стоял над бетонированным котлованом. Без этого углубления невозможно было подвезти тележку с бомбой под самолет. Бомболюки были открыты, на них установили лебедки для подъема РДС. Из соображений секретности бомболюк был огорожен брезентовой палаткой, - вспоминал Серафим Куликов, отвечавший на испытаниях за работу автоматики.
Бомбу подняли и закрепили в держателях самолета. Механики и представители КБ соединили все необходимые разъемы, ввели в бомбу данные времени и давления. Затем командир экипажа Ту-4 Герой Советского Союза Константин Уржунцев и штурман-бомбардир Борис Давыдов осмотрели бомбоотсек, крепление изделия и разъемов. Представители КБ при летчиках включили электрозамки ядерного заряда и передали Уржунцеву ключи от них. Они могли понадобиться в случае вынужденной посадки самолета вне аэродрома. Бомболюки закрыли, их опечатал офицер КГБ. Наконец командир построил экипаж перед самолетом и доложил командиру полигона и ответственному представителю КБ о готовности к взлету.
18 октября 1951 года в 7:00 по московскому времени Ту-4 с атомной бомбой на борту поднялся в воздух. Следом за ним взлетел бомбардировщик-дублер с инертной бомбой ФАБ-1500. В случае отказа на Ту-4 прицела дублер должен был занять положение ведущего и выполнить бомбометание по цели - его действия стали бы командой на сброс изделия. В воздухе бомбардировщики сопровождали, сменяя друг друга, истребители Ла-11.
Набрав высоту 10 тысяч метров, Ту-4 выполнил холостой заход на цель с передачей радиосигналов для окончательной настройки полигонной автоматики. С земли разрешили боевой заход.
- С КП по радиоканалам передали три сигнала: за 60 секунд до сброса, за 15 секунд и в момент сброса: 9 часов, 52 минуты, 38 секунд. На планшете стали появляться световые отметки о подаче питания на цепи автоматики, снятии предохранителей, взведение блока подрыва и выдаче барометрическими датчиками сигнала на срабатывание. Это было первой информацией о нормальной работе изделия, - продолжил Куликов.
Через секунду командный пункт, где собрался весь цвет советской военной науки: Курчатов, Харитон, Зельдович, - основательно тряхнуло. Затем снаружи раздался оглушительный грохот, возвестивший миру об успешном испытании советской ядерной бомбы: третьем по счету и первом воздушном. РДС-3 взорвали на высоте 380 метров, звук и ядерная вспышка были заметны на расстоянии 170 километров. Последующие измерения показали, что радиоактивность грунта оказалась в 109 раз меньше, чем при наземном взрыве.
Вскоре вернулись летчики и рассказали о своих ощущениях.
- После сброса и закрытия бомболюков мы приготовились к приходу светового излучения и ударной волны. Отключили автопилот, перешли на ручное управление, надели темные очки, загерметизировали кабину и перешли на питание чистым кислородом. Сначала ощутили очень яркую вспышку, затем пришла первая сильная ударная волна, затем вторая - немного слабее, и еще более слабая третья. Стрелки приборов стали вращаться, в кабине появилась пыль, хотя перед полетом ее тщательно убрали. Визуально наблюдал за развитием облака - шлейф от взрыва быстро понялся на высоту полета, образовался и стал разрастаться "гриб". Цвета его были самые разнообразные. Весь мир, все окружающее воспринималось по-другому - как будто я все это увидел заново, - вспоминал Борис Давыдов.
Из самолета экипаж вышел в кислородных масках - даже после приземления летчики продолжали дышать от парашютных баллонов. После обследования на радиационное заражение и обработки маски и одежду разрешено было снять. За участие в испытании РДС-3 командир бомбардировщика был награжден орденом Ленина, летчики-офицеры - орденами Красного Знамени. Бортовой стрелок Ту-4 рядовой Аркадий Евгодашин получил Красную звезду.