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차르 봄바

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차르 봄바

폭발 당시 지상에서의 모습 (출처: 로사톰 통신부: 로사톰: 2020년 8월 20일 공개)[1]
종류 수소폭탄
국가 소련
역사
개발
생산개수 1기 실전 배치 (2기의 "프로토타입")
제원
중량 27,000 kg (60,000 lb)[2]
길이 8 m (26 ft)[2]
지름 2.1 m (6 ft 11 in)[2]
기폭장치 기압 센서[3]
위력 50–58 megatons of TNT (210–240 PJ)[4]

차르 봄바(러시아어: Царь-бомба 차리봄바[*], 암호명 이반[5] 또는 바냐, 내부 제식 명칭 "AN602")는 인류 역사상 제작 및 실험된 가장 강력한 핵무기이자 어떠한 종류의 무기보다도 강력한 파괴력을 지닌 무기이다.[6][7] 소련의 프로젝트로 개발된 이 수소폭탄은 1961년 10월 30일 소련 최북단의 노바야제믈랴 시험장에서 실험되었다. 차르 봄바는 TNT 50 메가톤(Mt)에 해당하는 위력을 보였다.

소련의 물리학자 안드레이 사하로프가 비밀도시 아르자마스-16에서 이 프로젝트를 총괄했으며, 설계 핵심 작업은 사하로프와 빅토르 아담스키, 유리 바바예프, 유리 스미르노프, 유리 트루트네프가 담당했다. 프로젝트는 1961년 7월 니키타 흐루쇼프 소련 공산당 제1서기의 명령에 따라 핵실험 모라토리엄 이후 소련이 핵실험을 재개하는 과정의 일환으로 진행되었으며, 폭발 시점은 소련 공산당 제22차 대회와 맞추어졌다.[8]

1961년 10월 30일에 실험된 차르 봄바는 고위력 열핵 탄두에 대한 새로운 설계 원칙을 검증하였으며, 이를 통해 "사실상 무제한적인 위력"의 핵폭발물을 개발할 수 있는 가능성을 열었다.[9] 차르 봄바는 Tu-95V 항공기에서 낙하산을 통해 투하되었으며, 노바야제믈랴의 세베르니섬에 있는 수호이노스곶 상공 4,000 m에서 마토치킨 해협 북쪽의 미튜시하만으로부터 15 km 떨어진 지점에서 자동 폭발하였다.[10][11][12] 폭발 데이터와 영상은 소련의 투폴레프 Tu-16기가 기록했다. 두 항공기 모두 방사선 섬광으로 인한 피해를 입었다.

방사능 측정기의 결과와 기타 데이터에 따르면 이 폭탄의 위력은 약 58 Mt (243 PJ)였으나,[13] 1991년 소련 과학계가 측정 데이터에 기반해 위력을 50 Mt (209 PJ)으로 밝히기 전까지는 58메가톤이 기술 문헌에서 통용되던 수치였다.[4] 현재는 실험 현장에 직접 접근하여 데이터를 확보했던 과학자의 수치가 더 정확한 것으로 받아들여지고 있다.[4][14] 이론적으로 차르 봄바는 방사성 낙진을 줄이기 위해 실험에서 납으로 대체된 천연 우라늄탬퍼를 설계대로 포함했다면 100 메가톤 이상의 위력을 가질 수 있었다.[15] 단 한 기만 완성되었기 때문에 그 능력은 실제로 증명된 적이 없다.[15] 이 설계는 너무 거대하고 무거워 실전 배치가 불가능했으나, 초기 프로톤 로켓 개발에 영향을 주었다. 이듬해 소련이 실시한 4건의 가장 강력한 핵실험이 그 뒤를 이었다.

미국 정부는 차르 봄바의 군사적 유용성 부족을 강조하며, 1963년에 실현된 부분적 핵실험 금지 조약 체결의 의지를 표명하는 반응을 보였다. 또한 미국이 B41 핵폭탄의 25 메가톤 위력을 공개하는 계기가 되었다. 서방 세계에서는 캐슬 브라보 실험의 재앙과 유사하게 일반적인 핵분열성 탬퍼 설계에서 예상되는 수준의 핵분열 생성물 낙진이 발생할 것으로 잘못 추정하는 데 집중했다.[16][17][18] 실제 차르 봄바의 위력 중 핵분열에서 기인한 부분은 3%(1.5 메가톤)에 불과했다.[19]

배경

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1950년대 후반의 냉전기, 미국의 핵무기 보유량은 무기 수량, 총 폭발 위력, 투발 능력 면에서 소련을 크게 앞섰다. 1950년대 초 전략공군사령부는 미국 동맹국에 있는 공군 기지에 핵 투발이 가능한 폭격기와 실제 무기를 배치하기 시작했으며, 항공모함과 영국의 준중거리 탄도 미사일에도 이를 배치했다. 소련은 제한적인 폭격기 및 단거리 미사일 부대를 통해 서유럽과 아시아의 미국 동맹국을 위협할 수 있는 능력을 갖추었고, 1955년에 다단계 수소폭탄을 실험했으며, 1957년에는 대륙간 탄도 미사일용 로켓 시제품을 실험하기 시작했다. 소련 지도부는 1960년 당시의 핵 전력으로는 미국 본토의 표적을 신뢰할 수 있게 위협할 수 없으며, 전쟁 시 소련이 같은 방식으로 대응하기 어렵다는 것을 잘 알고 있었다.[20] 이는 제2차 세계 대전 이후 미국과 소련 사이의 긴장이 지속되었던 베를린과 같은 지역에서 소련의 영향력을 약화시키는 요소로 작용했다.

미국의 핵무기 보유와 관련된 전략적 불이익을 고려할 때 게오르기 말렌코프와 니키타 흐루쇼프 체제하의 외교 정책 및 선전적 측면에서 미국이 가하는 소위 핵협박에 대한 대응은 국제적, 국내적 이유로 필수적이었다. 차르 봄바의 제작은 핵 억제 개념을 유지하고, 비록 무기 자체는 실용성이 부족했음에도 소련 핵무기 프로그램의 위력을 국내외 사람들에게 과시(및 공포를 유발)하려는 거대한 노력이었다.[21]

명칭

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차르 봄바라는 명칭은 1990년대에 생겨난 비교적 최근의 이름이다. 당대에는 서방권 언론에서 "50 메가톤 폭탄" 또는 "100 메가톤 폭탄"으로 불렸다.[22]

차르 봄바는 초기 프로젝트였던 RN202의 개량형으로, 같은 크기의 탄도 케이스를 사용했으나 내부 메커니즘은 매우 달랐다.[15] 602 프로젝트 개발에 참여했던 이들이 저술한 책을 포함하여 많은 출판물에는 차르 봄바를 RDS-202나 RN202로 잘못 식별하는 등 오류가 포함되어 있다.[20] 공식적으로는 "제품 602"(изделие 602) 또는 "AN602"로 알려졌으며, 암호명은 "이반"이다.[23] 서로 다른 이름의 사용은 혼란의 원인이 되기도 한다. 차르 봄바는 RN202의 개량형이기에 때때로 RDS-37, RDS-202 또는 PH202(제품 202)로 잘못 표기된다.[15]

비공식적으로 이후 "차르 봄바"와 "쿠즈카의 어머니"(Кузькина мать, Kuz'kina mat')로 알려지게 되었다. "차르 봄바(폭탄의 황제)"라는 이름은 두 개의 러시아 역사적 유물인 차르 캐넌과 차르의 종에서 유래했는데, 두 유물 모두 전시용으로 제작되었으나 너무 거대하여 실용성은 없었다는 공통점이 있다. "차르 봄바"라는 명칭은 1990년 이전에는 이 무기를 지칭하는 데 사용된 것으로 보이지 않는다.[8] "쿠즈카의 어머니"라는 이름은 흐루쇼프가 당시 미국 부통령이었던 리처드 닉슨에게 한 말에서 영감을 받았다: "우리는 당신에게 끔찍한 결과를 가져올 자금을 가지고 있다. 우리는 당신들에게 쿠즈카의 어머니를 보여줄 것이다!"[24][25]

중앙정보국(CIA)은 1949년 RDS-1부터 시작된 자사의 "JOE" 계수 체계를 사용하여 이 실험을 "JOE 111"로 지정했다.[12]

개발

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사로프의 원자폭탄 박물관에 전시된 차르 봄바 유형의 케이스

거대 폭탄의 개발은 1956년에 시작되어[26] 두 단계로 진행되었다. 첫 번째 단계인 1956년부터 1958년까지는 최근 설립된 NII-1011에서 개발된 "제품 202"였다. NII-1011의 현대 명칭은 "러시아 연방 핵센터 또는 전러시아 기술물리학 과학연구소"(RFNC-VNIITF)이다. 연구소의 공식 역사에 따르면, 중소기계제조부 산하 연구소 설립 명령은 1955년 4월 5일에 서명되었고, NII-1011의 작업은 그보다 조금 늦게 시작되었다.

두 번째 단계인 1960년부터 1961년 성공적인 실험까지는 "제품 602"라 불렸으며 KB-11(VNIIEF)에서 개발되었다. 빅토르 아담스키가 개발을 담당했으며,[26] 물리학적 설계는 안드레이 사하로프, 유리 바바예프, 유리 스미르노프, 유리 트루트네프가 맡았다.[20]

제품 202

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RDS-37의 실험 성공 후 KB-11 직원(사하로프, 야코프 젤도비치, 도비덴코)은 예비 계산을 수행하고 1956년 2월 2일 N. I. 파블로프에게 150 Mt (628 PJ) 급 탄두의 매개변수와 이를 1 gigaton of TNT (4.2 EJ)까지 증대시킬 수 있는 가능성이 적힌 노트를 전달했다.[20][27]

1955년 제2의 핵센터인 NII-1011이 설립된 후, 1956년 소련 장관 소비에트의 결의에 따라 초고위력 탄두 개발 과제가 이 센터에 할당되었으며, 이를 "프로젝트 202"라고 불렀다.[20]

1956년 3월 12일, 소련 공산당 중앙위원회와 소련 장관 소비에트의 제품 202 준비 및 실험에 관한 합동 결의안 초안이 채택되었다. 이 프로젝트는 30 Mt (126 PJ) 급의 RDS-37 버전을 개발할 계획이었다.[28] RDS-202는 최대 계산 위력 50 Mt (209 PJ), 직경 2.1 m (6 ft 11 in), 길이 8 m (26 ft), 낙하산 시스템 포함 26 tonne (29 short ton) 무게로 설계되었으며, 이를 사용하기 위해 특별 개조된 Tu-95-202 운반기와 구조적으로 통합되었다.[29] 1956년 6월 6일, NII-1011 보고서는 설계 위력 38 Mt (159 PJ), 요구 과제 20–30 Mt (84–126 PJ)인 RDS-202 열핵 장치를 기술했다.[30] 실제로는 이 장치의 예상 위력은 15 Mt (63 PJ)였으며,[31] "40GN", "245", "205" 제품을 실험한 후 그 실험이 부적절하다고 판단되어 취소되었다.[20]

차르 봄바는 모체 설계인 RN202와 여러 면에서 다르다. 차르 봄바는 트루트네프-바바예프[32] 2단계 및 3단계 설계를 갖춘 3단계 핵폭탄으로,[33] 50 메가톤의 위력을 지녔다.[4] 이는 히로시마와 나가사키를 파괴한 원자폭탄을 합친 에너지의 약 1,570배,[34] 제2차 세계 대전에서 사용된 모든 재래식 폭약의 결합된 에너지의 10배,[35] 1883년 크라카타우산 분화의 예상 위력의 4분의 1, 지금까지 행해진 다른 모든 핵실험을 합친 위력의 10%에 해당한다.

3단계 수소폭탄은 대부분의 수소폭탄과 마찬가지로 열핵 2단계 폭탄을 압축하기 위해 핵분열 1단계 폭탄을 사용하며, 그 결과 발생하는 폭발 에너지를 사용하여 훨씬 더 거대한 2차 열핵폭탄을 압축한다. 차르 봄바가 하나의 매우 거대한 3단계 대신 여러 개의 3단계를 가졌다는 증거가 있다.[36]

RDS-202는 RDS-37 생성 당시 검증된 복사 내폭(radiation implosion) 원리로 조립되었다. RDS-37보다 훨씬 무거운 2단계 모듈을 사용했기 때문에 2단계 모듈의 양쪽 측면에 있는 2개의 1단계 모듈(탄두)을 사용하여 압축하였다.[37][38] 이 물리학적 충전 방식은 이후 AN-602 설계에 사용되었으나, AN-602 열핵 탄두 자체(2단계 모듈)는 새로운 것이었다. RDS-202 열핵 탄두는 1956년에 제조되어 1957년에 실험할 계획이었으나, 실험되지 않고 보관되었다. RDS-202 제조 2년 후인 1958년 7월, 보관에서 해제하여 분해하고 자동화 유닛과 탄두 부품을 실험 작업에 사용하기로 결정했다.[39] 소련 공산당 중앙위원회와 소련 장관 소비에트는 1956년 3월 12일 제품 202의 준비 및 실험에 관한 합동 결의안 초안을 채택했는데, 내용은 다음과 같다.

제품 202의 준비 및 실험에 관한 소련 공산당 중앙위원회와 소련 장관 소비에트의 결의안 초안을 채택한다.

결의안 초안에 포함되어야 할 필수 항목은 다음과 같다.

(a) 중소기계제조부(동지 아브라미 자베냐긴)와 소련 국방부(동지 게오르기 주코프)는 제품 202 실험을 위한 준비 작업이 끝나면 소련 공산당 중앙위원회에 상황을 보고할 것.

(b) 중소기계제조부(동지 자베냐긴)는 낙하산 시스템 고장 시 제품을 무력화할 수 있도록 제품 202 설계에 특수 안전 단계를 도입하는 문제를 해결하고, 그 제안을 소련 공산당 중앙위원회에 보고할 것.

동지 보리스 바니코프와 쿠르차토프는 이 결의안의 최종 문안을 편집하는 임무를 맡는다.

제품 602

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1960년, KB-11은 설계 용량 one hundred megatons of TNT (418 페타줄)의 열핵 장치 개발을 시작했다. 1961년 2월, KB-11 지도부는 소련 공산당 중앙위원회에 "핵무기 개발 및 사용 방법에 관한 몇 가지 질문"이라는 제목의 편지를 보냈으며, 그 외에도 100 메가톤 장치 개발의 타당성에 대한 문제를 제기했다. 1961년 7월 10일, 소련 공산당 중앙위원회에서 토론이 열렸고, 니키타 흐루쇼프 제1서기가 이 초강력 폭탄의 개발과 실험을 지지했다.[20]

차르 봄바 작업을 가속화하기 위해 프로젝트 202를 기반으로 했으나, 다른 실험진이 개발한 새로운 프로젝트였다. KB-11의 경우 이미 NII-1011에서 제조된 프로젝트 202 폭탄용 케이스 6개와 프로젝트 202 실험을 위해 개발된 장비 세트가 사용되었다.[20]

차르 봄바는 "3단계" 설계를 가졌다. 1단계는 필수적인 핵분열 트리거이다. 2단계는 폭발에 1.5 Mt (6 PJ)의 기여도를 갖는 비교적 작은 열핵 탄두 두 개였으며, 이는 3단계인 그 사이에 위치한 주 열핵 모듈을 복사 내폭하고 그 안에서 열핵 반응을 시작하여 50 메가톤의 폭발 에너지를 발생시키는 데 사용되었다. 열핵 반응으로 주 열핵 모듈에서 막대한 양의 고에너지 고속 중성자가 형성되었고, 이는 차례로 주변 우라늄-238 핵에서 고속 핵분열 핵반응을 일으켰으며, 이 핵반응은 폭발에 50 메가톤의 에너지를 추가하여 차르 봄바의 예상 에너지 방출량은 약 100 메가톤이 되었다.[40]

이러한 완전한 3단계 100 메가톤 폭탄 실험은 대량의 우라늄-238 핵분열 반응으로 인해 발생할 극도로 높은 수준의 방사성 오염 때문에 상부가 사용을 거부했다.[41] 실험 중에는 2단계 버전으로 사용되었다. 안드레이 사하로프는 2단계의 탬퍼에서 우라늄-238 대신 비핵분열성 납을 사용할 것을 제안했으며, 이는 폭탄의 에너지를 50 메가톤으로 줄이고 방사성 핵분열 생성물의 양을 줄이는 것 외에도, 불덩어리가 지표면과 접촉하는 것을 방지하여 토양의 방사성 오염과 대기 중 다량의 낙진 확산을 제거했다.[20] 미국 핵 단지에서 이러한 납 탬퍼 사용은 캐슬 브라보 실험 당시 심각한 방사능 오염이 발생한 이후 보편화되었으며, "물질 대체 방식"으로 알려졌다.

차르 봄바 설계에는 많은 기술적 혁신이 적용되었다. 열핵 탄두는 "양선(bifilar)" 방식으로 제작되었는데, 주 열핵 단계의 복사 내폭이 양쪽 측면에서 수행되었다. 이러한 2단계 탄두는 주 열핵 탄두의 X선 압축을 생성했다. 이를 위해 2단계는 폭탄의 전면과 후면 부분에 배치된 두 개의 융합 탄두로 분리되었으며, 이를 위해 기폭 시차를 100 나노초 이내로 하는 동기식 기폭이 필요했다. 탄두의 동기식 기폭을 필요한 정밀도로 보장하기 위해 기폭 전자 장치의 시퀀싱 유닛이 KB-25(현재 "연방 국가 단일 기업 NL 두코프 전러시아 자동화 과학연구소")(VNIIA)에서 수정되었다.[42]

운반 항공기 개발

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차르 봄바의 초기 3단계 설계는 약 100 메가톤(히로시마(15kt)와 나가사키(21kt) 폭탄을 합친 위력의 약 3,000배)의 위력을 낼 수 있었으나,[43] 이것이 너무 많은 핵낙진을 초래하고 폭탄을 투하하는 항공기가 폭발로부터 탈출할 충분한 시간을 확보하지 못할 것이라고 판단되었다. 낙진의 양을 제한하기 위해 탬퍼의 우라늄-238은 납으로 대체되었다. 이는 융합 단계 중성자에 의한 탬퍼의 고속 핵분열 반응을 제거하여 총 위력의 약 97%가 핵융합 단독으로만 오게 유도했다. 따라서 대부분의 핵낙진 방사성 강도는 핵분열 생성물로만 발생하기 때문에 이는 만들어진 가장 "깨끗한" 핵폭탄 중 하나였다.[19] 이 수정에는 강력한 이유가 있었는데 폭탄 실험 낙진의 대부분이 소련의 거주 지역으로 떨어질 가능성이 높았기 때문이다.[36][44]

"주제 242"에 대한 첫 연구는 1954년 후반 이고리 쿠르차토프가 안드레이 투폴레프와 대화를 나눈 직후 시작되었다. 투폴레프는 무기 체계 담당 부소장인 알렉산드르 나다슈케비치를 해당 주제의 책임자로 임명했다. 후속 분석에 따르면, 그렇게 무겁고 집중된 부하를 운반하려면 차르 봄바를 탑재한 Tu-95 폭격기의 엔진, 폭탄창, 현가장치 및 투하 메커니즘을 대폭 재설계해야 했다. 1955년 상반기에 차르 봄바의 크기 및 무게 도면과 함께 배치 레이아웃 도면이 전달되었다. 차르 봄바의 무게는 예상대로 Tu-95 운반기 무게의 15%를 차지했다. 운반기는 연료 탱크와 폭탄창 문을 제거한 것 외에도, BD-206 폭탄 홀더를 종방향 하중 지지 빔에 직접 부착된 새로운 더 무거운 빔 유형의 BD7-95-242(또는 BD-242) 홀더로 교체했다. 폭탄 투하 방법 문제도 해결되었다. 폭탄 홀더는 안전 규정에 따라 전기 자동 메커니즘을 통해 3개의 잠금장치 모두를 동기식으로 해제할 수 있었다.

1956년 3월 17일, 소련 공산당 중앙위원회와 장관 소비에트의 합동 결의안(Nr. 357-28ss)이 발행되어 OKB-156이 Tu-95 폭격기를 고위력 핵폭탄 운반기로 개조하도록 명했다. 이 작업은 1956년 5월부터 9월까지 그로모프 비행연구소에서 수행되었다. Tu-95V로 명명된 개조된 폭격기가 임무를 수행하기 위해 제작이 승인되었으며, 비행 테스트를 위해 인도되었다. 이 테스트에는 "슈퍼폭탄" 모형 투하가 포함되었으며, 1959년까지 S. M. 쿨리코프 대령의 지휘 하에 주요 문제 없이 진행되었다.

Tu-95V 폭탄 운반 항공기의 제작에도 불구하고 차르 봄바 실험은 정치적인 이유(즉, 흐루쇼프의 미국 방문과 냉전의 일시적 중단)로 연기되었다. 이 기간 동안 Tu-95V는 현재의 우크라이나 우진으로 비행하여 훈련용 항공기로 사용되었으며, 따라서 더 이상 전투기로 나열되지 않았다. 1961년 냉전의 새로운 국면이 시작되면서 실험이 재개되었다. Tu-95V는 자동 투하 메커니즘의 모든 커넥터가 교체되었고, 폭탄창 문이 제거되었으며, 항공기 겉면 전체가 특별한 반사 백색 도료로 덮였다.

1961년 후반, 항공기는 쿠이비셰프 항공기 공장에서 차르 봄바 실험을 위해 개조되었다.[20]

실험

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니키타 흐루쇼프 소련 공산당 제1서기는 1961년 10월 17일 소련 공산당 제22차 대회 개회 보고에서 50 메가톤 폭탄의 실험을 예고했다.[45] 공식 발표 전 흐루쇼프는 사적인 대화에서 미국 정치인에게 이 폭탄에 대해 언급했고, 이 정보는 1961년 9월 8일 뉴욕 타임스에 보도되었다.[44] 차르 봄바는 1961년 10월 30일에 실험되었다.

폭탄을 탑재한 투폴레프 Tu-95V 항공기 번호 5800302는 올레냐 비행장에서 이륙하여[46] 노바야제믈랴의 소련 국방부 제6호 주립 시험장으로 향했으며[45] 9명의 승무원이 탑승했다. 당시 승무원 목록은 다음과 같다.[20]

  • 테스트 조종사 – 안드레이 두르노프체프 소령
  • 테스트 주항법사 – 이반 니키포로비치 클레시 소령
  • 제2조종사 – 미하일 콘스탄티노비치 콘드라텐코 대위
  • 레이더 항법사 – 아나톨리 세르게예비치 보비코프 중위
  • 레이더 운용사 – 알렉산더 필리포비치 프로코펜코 대위
  • 비행 엔지니어 – 그리고리 미하일로비치 예브투셴코 대위
  • 무선 통신사 – 미하일 페트로비치 마슈킨 중위
  • 사수/무선 통신사 – 뱌체슬라프 미하일로비치 스네트코프 대위
  • 사수/무선 통신사 – 바실리 야코블레비치 볼로토프 상병

이 실험에는 실험을 모니터링하기 위해 장비를 갖춘 투폴레프 Tu-16 실험 항공기 번호 3709와 그 승무원도 참가했다. 승무원 목록은 다음과 같다.[20]

  • 선임 테스트 조종사 – 블라디미르 표도로비치 마르티넨코 중령
  • 제2조종사 – 블라디미르 이바노비치 무하노프 선임 중위
  • 선임 항법사 – 세묜 아르테미예비치 그리고류크 소령
  • 레이더 항법사 – 바실리 티모페예비치 무즐라노프 소령
  • 사수/무선 통신사 – 미하일 예멜랴노비치 슈밀로프 선임 하사

두 항공기 모두 열 피해를 최소화하기 위해 특수 반사 도료로 도색되었다. 그럼에도 불구하고 두르노프체프와 승무원은 실험에서 살아남을 확률이 50%뿐이었다.[47][48]

무게 27 tonne (30 short ton)의 폭탄은 너무 커서(8 m (26 ft) 길이, 2.1 m (6 ft 11 in) 직경) Tu-95V는 폭탄창 문과 동체 연료 탱크를 제거해야 했다.[2][48] 폭탄은 800-킬로그램 (1,800 lb), 1,600-제곱미터 (17,000 sq ft) 낙하산에 부착되었으며 이는 투하 및 관측 비행기가 그라운드 제로에서 약 45 km (28 mi) 떨어진 곳으로 비행하여 생존 확률 50%를 확보할 시간을 주었다.[43] 폭탄은 이륙 2시간 후 수호이 노스 내의 실험 목표 지점을 향해 10,500 m (34,449 ft) 고도에서 투하되었다. 차르 봄바는 1961년 10월 30일 11:32(또는 11:33, USGS 지진 모니터는 이 사건을 11:33:31로 기록[49]) 모스크바 시간에 미튜시하만 핵실험장(수호이 노스 구역 C) 상공 4,200 m (13,780 ft) 해발고도(4,000 m (13,123 ft) 목표 지점 상공)에서 폭발했다.[10][36][44][Notes 1]

폭발 시점 Tu-95V는 이미 폭발 지점에서 39 km (24 mi) 떨어진 곳으로 탈출했고 Tu-16은 53.5 km (33.2 mi) 떨어져 있었다. 폭발이 발생했을 때 충격파는 Tu-95V를 115 km (71 mi), Tu-16을 205 km (127 mi) 지점에서 덮쳤다. 충격파가 항공기에 도달한 후 Tu-95V는 속도가 순식간에 880km/h에서 980km/h로 증가했고, 충격파와 직후의 극도로 높은 공기 밀도 감소 현상이 합쳐지면서 공중에서 800 미터 (2,600 ft) 하강했다. 그러나 두 항공기 모두 회복하여 안전하게 착륙했다.[47] 초기 데이터에 따르면 차르 봄바는 58.6 Mt (245 PJ)의 핵 위력을 가졌으며(설계 자체에서 시사하는 것보다 초과함) 최대 75 Mt (310 PJ)까지 과대평가되었다. 두 항공기 모두 폭발 빛으로 인해 노출된 모든 부분이 검게 그을렸으며, 충격파로 인해 기체가 압축되어 항공기 도장 아래 숨겨져 있던 스트링거, 리브, 날개와 동체의 프레임이 선명하게 드러났고 일부 장소에서는 돌출되었다(얼마 후 Tu-95V는 탐보프 고등 군사 항공 학교에 핵폭발 효과의 시각 전시물로 기증되었다).

단순한 불덩어리 계산만 따지면 지면에 닿을 만큼 충분히 클 것으로 예측했지만, 폭탄 자체의 충격파가 반사되어 화염이 지상에 닿진 않았다.[50] 8 km 너비 불덩어리는 투하 폭격기의 고도만큼 높이 도달했으며 거의 1,000 km (620 mi) 떨어진 곳에서도 보였다.[51] 버섯 구름은 높이가 약 67 km (42 mi)였고[52] (에베레스트산 높이의 거의 8배), 이는 구름이 성층권 위에 있었고 정점에 도달했을 때 중간권 내부에 있었음을 의미한다. 기반부 폭은 40 km (25 mi)였다.[53]

한 소련 카메라맨은 다음과 같이 말했다.

항공기 아래와 먼 곳의 구름이 강력한 섬광으로 밝게 빛났다. 빛의 바다가 해치 아래로 퍼졌고 구름조차 빛나며 투명해졌다. 그 순간, 우리 항공기가 두 구름 층 사이에서 빠져나왔고 아래 틈새로 거대한 밝은 오렌지색 공이 솟아오르고 있었다. 그 공은 목성처럼 강력하고 오만했다. 천천히 그리고 소리 없이 위로 기어올랐다... 두꺼운 구름 층을 뚫고 계속 커졌다. 마치 지구 전체를 집어삼키는 듯했다. 그 광경은 환상적이고, 비현실적이며, 초자연적이었다.[50]

실험 결과

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차르 봄바의 폭발은 핵폭발 분류에 따르면 초고위력 저고도 핵폭발이었다.

  • 섬광은 1,000 km (620 mi)가 넘는 거리에서도 보였다.[54] 노르웨이, 그린란드, 알래스카에서도 관측되었다.[20]
  • 폭발의 버섯 구름은 67 km (42 mi) 높이까지 솟아올랐다.[15] "갓"의 모양은 2단이었으며, 상단 갓의 직경은 약 95 km (59 mi), 하단 갓은 70 km (43 mi)로 추정되었다. 구름은 폭발 지점에서 800 km (500 mi) 떨어진 곳에서도 관측되었다.[20]
  • 폭발의 충격파는 지구를 세 바퀴 돌았으며,[20] 처음으로 지구를 한바퀴 돌기까지 36시간 27분이 걸렸다.[55]
  • 폭발 충격파로 발생한 지각의 지진파 역시 지구를 세 바퀴 돌았다.[54]
  • 폭발로 인한 대기압 파동은 뉴질랜드에서 세 번 기록되었다. 웰링턴의 관측소는 10월 30일 21:57에 북서쪽에서, 10월 31일 07:17에 남동쪽에서, 11월 1일 09:16에 북서쪽에서 기압 상승을 기록했으며(모두 GMT), 진폭은 각각 0.6 mbar (0.60 hPa), 0.4 mbar (0.40 hPa), 0.2 mbar (0.20 hPa)였다. 평균 파동 속도는 대원 기준 시간당 9.9도, 즉 303 m/s (990 ft/s)로 추정된다.[56]
  • 폭발에서 780 km (480 mi) 떨어진 딕손섬의 한 마을에서 창문 유리가 깨졌다.[20]
  • 폭발로 발생한 음파는 딕손섬에 도달했으나, 육지에서 520 km (320 mi) 떨어진 도시형 정착지 딕손에서 구조물의 파괴나 손상에 대한 보고는 없다.[57]
  • 대기의 이온화는 실험장에서 수백 킬로미터 떨어진 곳에서도 약 40분 동안 무선 통신 장애를 일으켰다.[58]
  • 진원 영역의 반경 2~3 km인 실험장의 방사성 오염은 시간당 1 밀리뢴트겐을 넘지 않았다. 연구진이 2시간 후 폭발 지점에 나타났으며, 방사성 오염은 실험 참가자에게 사실상 아무런 위험을 끼치지 않았다.[20]
  • 노르웨이 국경 마을 키베르그에서는 어부들이 부상을 입은 대구를 낚았음을 보고했으며, 국경 수비대는 이후 수년간 많은 수의 사람들이 암에 걸렸다고 보고했으나 후자는 폭탄의 방사선 영향 때문이라고 확인된 적은 없다.[59]

수호이 노스 시험장 내 그라운드 제로에서 55 km (34 mi) 떨어진 세베르니 마을의 모든 목조 및 벽돌 건물이 파괴되었다. 그라운드 제로에서 수백 킬로미터 떨어진 구역에서는 목조 주택이 파괴되었고, 석조 주택은 지붕, 창문, 문이 손실되었으며, 무선 통신이 거의 1시간 동안 중단되었다. 실험 참가자 중 한 명은 어두운 고글을 통해 밝은 섬광을 보았고 270 km (170 mi) 거리에서 열파의 영향을 느꼈다. 폭발로부터 오는 열은 그라운드 제로에서 100 km (62 mi) 떨어진 곳에서도 3도 화상을 입힐 수 있었다. 충격파는 700 km (430 mi) 떨어진 딕손 정착지에서 관측되었으며, 창문은 900 킬로미터 (560 mi)까지의 거리에서도 일부분 깨졌다.[60] 대기 포커싱으로 인해 더 먼 거리에서도 폭발 피해가 발생하여 노르웨이와 핀란드의 창문이 깨졌다.[61] 지상 4.2 km (3 mi) 상공에서 폭발했음에도 불구하고, 실체파 규모는 5.0–5.25로 추정되었다.[47][50]

반응

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실험 직후, 몇몇 미국 정치인은 소련을 비난했다. 스웨덴 총리 타게 엘란데르는 이 폭발이 폭발 일주일 전 소련 지도자에게 보낸 핵실험 중단 요청에 대한 소련의 답변으로 보았다.[62] 영국 외무부, 노르웨이 총리 에이나르 게르하르센, 덴마크 총리 비고 캄프만 등도 폭발을 비난하는 성명을 발표했다. 소련과 중앙인민방송국은 차르 봄바 실험에 대한 언급 없이, 하루 전 수행된 미국의 소규모 지하 핵실험(미크 실험으로 추정)에 대해 언급했다.[63]

실험의 영향

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슈퍼폭탄의 제작과 실험은 정치적으로 매우 중요했다. 소련은 거대한 위력의 핵무기를 만들 수 있는 잠재력을 과시했다(당시 미국이 실험한 가장 강력한 열핵 탄두인 캐슬 브라보는 15 메가톤이었다). 차르 봄바 실험 후 미국은 자국 열핵 실험의 위력을 증대시키지 않았으며, 1963년 모스크바에서 대기권, 외기권 및 수중에서의 핵무기 실험 금지 조약이 체결되었다.[20]

실험의 주요 과학적 성과는 다단계 열핵 탄두의 계산 및 설계 원리에 대한 실험적 검증이었다. 또한 열핵 탄두 위력에는 근본적인 한계가 없다는 이론을 확인했다. 이 사실은 아마도 1949년 10월(텔러-울람 설계를 사용한 아이비 마이크 실험 3년 전[64]) 미국 원자력위원회 자문위원회의 공식 보고서 보충 자료에서 핵물리학자 엔리코 페르미와 이시도어 아이작 라비가 열핵무기가 잠재적으로 "무제한적인 파괴력"을 가질 수 있다고 진술했을 때 처음으로 가정되었던 논제이다.[65][66]

폭탄의 폭발 위력은 납 대신 우라늄-238 덮개를 사용하여 50 메가톤 더 쉽게 높일 수 있었다.[40] 방사성 낙진을 허용 가능한 수준 이하로 줄이기 위해 피복 재료를 교체하여 위력을 낮추기로 의식적으로 결정했다.[20]

이 폭발은 위력 당 대기권 핵실험 역사상 가장 깨끗한 폭발 중 하나이다. 폭탄의 1단계는 1.5 메가톤 용량의 우라늄 탄두였으며,[40] 이는 다량의 방사성 낙진을 생성했지만 폭발 위력의 97% 이상은 핵융합 반응으로 일어났으며 이는 상당한 방사성 오염을 생성하지 않는다.[67]

2015년 노바야제믈랴의 빙하를 측정한 원정대는 차르 봄바를 포함한 핵실험으로 인해 인근 지역의 방사능이 배경 수준보다 65~130배 높다고 보고했다.[68]

안드레이 사하로프는 핵확산 반대 운동을 하는 가장 저명한 인물 중 한 명이었다. 사하로프가 1963년 부분적 핵실험 금지 조약을 체결하는 데 핵심적인 역할을 했다. 사하로프는 소련의 시민 자유와 개혁을 옹호하는 활동가가 되었다. 1973년 노벨 평화상 후보에 지명되었고 1974년 시노 델 두카 국제상을 수상했다. 1975년 노벨 평화상을 수상했으나 소련을 떠나 상을 받는 것이 허용되지 않았다. 대신 아내 옐레나 보네르가 시상식에서 사하로프의 연설문을 대독했다.

분석

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파리 위에 겹쳐진 총 파괴 반경, 빨간색 원은 완전 파괴 구역(반경 35 킬로미터 [22 mi]), 노란색 원은 불덩어리 반경(반경 3.5 킬로미터 [2 mi])

차르 봄바는 지구상에 배치된 물리적으로 가장 강력한 단일한 장치로 가장 강력한 핵폭탄 실험이자 역사상 가장 거대한 인공 폭발이다.[69] 비교하자면, 미국이 생산한 가장 큰 무기인 현재 퇴역한 B41 핵폭탄은 예상 최대 위력이 25 Mt (100 PJ)이다. 미국이 실험한 가장 큰 핵 장치(캐슬 브라보)는 리튬-7 동위 원소가 예상치 못하게 핵융합 반응에 많이 참여하여 15 Mt (63 PJ)의 위력을 냈으며, 실험 전 위력 예상치는 4 to 6 Mt (17 to 25 PJ)였다. 소련이 배치한 가장 큰 무기들 역시 약 25 Mt (100 PJ)이다(예: SS-18 Mod. 3 탄두).[2]

차르 봄바의 무게와 크기는 이를 탑재한 개조 폭격기의 항속 거리와 속도를 제한했다. 대륙간 탄도 미사일를 통한 투발은 훨씬 더 강력한 미사일이 필요했다(프로톤 로켓은 그 투발 시스템으로 개발을 시작했다). 원래 100 Mt (420 PJ) 설계를 폭발시켰다면 원자폭탄 발명 이후 전 세계의 총 핵분열 낙진이 25% 증가했을 것이라고 추정되었다.[70] 100 메가톤 전체 폭발은 단일 실험에서 나오는 오염 측면에서 받아들일 수 없는 핵낙진을 생성할 것이며, 투하 항공기와 승무원이 폭발 반경을 벗어나기 전에 파괴될 가능성이 거의 확실하다는 결정을 내렸다.[71]

차르 봄바는 1950년대 소련과 미국이 설계한 일련의 고위력 수소폭탄의 정점이었다.[2]

실제 적용

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차르 봄바는 실용적이거나 대량 생산되는 무기로 의도된 적이 없었다. 이는 설계상 100 메가톤의 위력에 도달할 수 있게 하는 단일 제품이었다. 50 메가톤 폭탄 실험은 무엇보다도 100 메가톤을 위한 제품 설계 성능 실험이었다.[26] 그러나 소련이 개발한 여러 "초중량" 탄도 미사일은 초기 추진력이 적어도 부분적으로, 아니면 완전히 50-150 메가톤 범위의 탄두를 사용할 수 있는 능력을 부여하기 위한 설계였다. 여기에는 다음이 있다.

  • UR-500 – (탄두 질량 – 40톤, 사실상 운반 로켓으로 구현됨 – "프로톤 로켓" – GRAU 인덱스 – 8K82)
  • N-1 – (탄두 질량 – 75–95 t (74–93 long ton; 83–105 short ton), 개발 방향이 소련의 유인 달 탐사 계획용 운반기로 재지향되었으며, 프로젝트는 비행 설계 실험 단계에 도달한 후 1976년에 종료됨, GRAU 인덱스 – 11A52).
  • R-56 – (GRAU 인덱스 – 8K67)[72]

그러한 고위력 무기에 대한 개발 추진이 없었기에 이 모든 로켓 프로그램은 소련 우주 프로그램의 발사체로 사용되거나 취소되었다.

영화

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  • 폭탄에 관한 소련 다큐멘터리 영상은 트리니티 앤 비욘드: 원자폭탄 영화(Visual Concept Entertainment, 1995)에 등장하며, 여기서 러시아 괴물 폭탄으로 언급된다.[73] 영상에는 몇 가지 오류가 있다: 차르 봄바 프로젝트가 자발적인 핵실험 모라토리엄을 깼다고 서술한다. 실제로는 소련이 실험 프로그램을 재개하고 일방적인 자발적 모라토리엄을 깬 것은 차르 봄바 30일 전이었으며, 그달에 45번 실험했다. 모라토리엄은 일방적이었으므로 법적 장애물은 없었다. 미국은 핵실험에 대해 1년 일방적 모라토리엄을 선언했었고, 그 1년이 만료되었으므로 미국은 추가 통지 없이 실험을 재개할 수 있다고 발표했었다. 나중에 차르 봄바 실험 당시 미국이 실험을 재개하지 않았다고 서술되었는데,[74] 이는 잘못된 것으로, 미국은 실제로 소련이 10월 1일 모라토리엄을 끝낸 후 10월 30일 차르 봄바 실험까지 누가 작전 하에서 다섯 번 실험했다.
  • PBS 다큐멘터리 시리즈 Secrets of the Dead의 2011년 에피소드 "World's Biggest Bomb"는 캐슬 브라보와 차르 봄바 폭발로 이어지는 사건들을 기록했다.
  • 원자력 산업 75주년을 기념하여 로사톰은 2020년 8월 유튜브에 차르 봄바 실험의 기밀 해제된 러시아어 다큐멘터리 영상을 공개했다.[75][76]

같이 보기

[편집]

내용주

[편집]
  1. ↑ 일부 자료는 3,900 m (12,795 ft) 해발고도 및 3,700 m (12,139 ft) 목표 상공, 또는 4,500 m (14,764 ft)를 제시한다.

각주

[편집]
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  2. 1 2 3 4 5 6 “Tsar Bomba”. Atomic Heritage Foundation. 2016년 7월 29일에 확인함.
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  4. 1 2 3 4 The yield of the test has been estimated at 50 to 58 Mt (210 to 240 PJ) by different sources over time. Today all Russian sources use 50 Mt as the official figure. See the section "Was it 50 Megatons or 57?" at “The Tsar Bomba ("King of Bombs")”. 2014년 10월 30일에 확인함.
  5. ↑ “Смотрины "Кузькиной матери". Как СССР сделал и взорвал "Царь-бомбу"”. 2014년 10월 29일., Russian
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  12. 1 2 Soviet Atomic Energy Program (PDF) (보고서). 국가정보평가. 11-2A-62. 중앙정보국. 1962년 5월 16일. 2, 13쪽. 2022년 10월 9일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서.
  13. ↑ “The Soviet Weapons Program - The Tsar Bomba”. 《nuclearweaponarchive.org》.
  14. ↑ Johnson, William Robert (2009년 4월 2일). “The Largest Nuclear Weapons”. Multimegaton Weapons.
  15. 1 2 3 4 5 Veselov, A.V. (2006). 《Tsar Bomba》. Atompress. 7쪽.
  16. ↑ “TEST DENOUNCED; White House Asserts Purpose Is to Incite 'Fright and Panic' Soviet Explodes Biggest A-Bomb, but 50-Megaton Force Is Doubted by U.S. Aides TEST DENOUNCED BY WHITE HOUSE 'Fright and Panic' Held Aim--Fall-out on Russia Is Hinted by Low Altitude”. 《The New York Times》. 1961년 10월 31일. 2025년 7월 11일에 확인함.
  17. ↑ “Sweden Rushes Precautions”. 《The New York Times》. 1961년 10월 22일. 2025년 7월 11일에 확인함.
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  24. ↑ “Росатом покажет "Кузькину мать" на выставке в Москве”. 《Риа Новости》. 2015년 8월 18일. 2020년 12월 10일에 확인함.
  25. ↑ Nikita Khrushchev. Sergei Khrushchev (편집). 《Memoirs of Nikita Khrushchev》. 3: Statesman (1953–1964). University Park, PA: The Pennsylvania State University Press. 292쪽.
  26. 1 2 3 “50-мегатонный взрыв над Новой Землей”. 2016년 3월 23일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2020년 12월 10일에 확인함.
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  28. ↑ Президиум ЦК КПСС. 1954–1964. Черновые протокольные записи заседаний. Стенограммы. Постановления. / Гл. ред. А. А. Фурсенко. – М. : Российская политическая энциклопедия (РОССПЭН), 2006. – Т. 2. : Постановления. 1954–1958. – 1120 с.: Принять проект постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР о подготовке и проведении испытания изделия 202.
    Включить в проект постановления пункты, обязывающие:
    а) Министерство среднего машиностроения (т. Завенягина) и Министерство обороны СССР (т. Жукова) по окончании подготовительных работ к проведению испытания изделия 202 доложить ЦК КПСС о положении дел;
    б) Министерство среднего машиностроения (т. Завенягина) проработать вопрос о введении в конструкцию изделия 202 специальной ступени предохранения, обеспечивающей несрабатывание изделия при отказе парашютной системы, и свои предложения доложить ЦК КПСС.
    Поручить тт. Ванникову и Курчатову окончательную редакцию текста данного постановления.
  29. ↑ Kiryushkin, V. D. “Кузькиной матери”. 2021년 11월 29일에 확인함.
  30. ↑ Атомный проект 2009, 480–482쪽, №208. Отчет НИИ-1011 по обоснованию конструкции и расчетам изделия РДС-202.
  31. ↑ Атомный проект 2009, 492–493쪽, №215. Записка А. П. Завенягина, Б. Л. Ванникова и П. М. Зернова в ЦК КПСС с представлением проекта постановления Президиума ЦК КПСС о переносе срока испытания изделия «202».
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