Саров находится примерно в 400 километрах от Москвы, на границе между бывшей Горьковской областью[185]и Мордовской АССР[186]. В то время здесь жило несколько тысяч человек. В центре города сохранились развалины православного монастыря, закрытого в 1927 году. Первые ядерные лаборатории заложили в монашеских кельях. Комплекс называли по-разному: КБ-11, База-112, Объект 550, Комплекс № 558, «Приволжская контора», «Кремлев», «Москва, Центр, 300», Арзамас-75 и др. Однако наиболее закрепилось название «Арзамас-16» — по городу Арзамас, расположенному примерно в 65 километрах от Сарова. Между собой ученые называли закрытый город «Лос-Арзамас».

Перед лабораторией поставили очень сжатые сроки. Техзадание — резюме технических требований для РДС-1, советского варианта бомбы «Толстяк», и РДС-2, бомбы, в которой использовался уран-235 и пушечный метод, — нужно было подготовить к 1 июля 1946 года. Сокращение РДС придумал Махнев. Оно означало «Реактивный двигатель Сталина». Модели РДС-1 и РДС-2 должны были быть готовы к 1 июля 1947 года. Испытание РДС-1 наметили на 1 января 1948 года, РДС-2 — на 1 июля 1948 года.

Харитон и его группа разработали масштабную модель имплозивной бомбы РДС-1 — конструкцию из вложенных друг в друга металлических кожухов примерно 35 сантиметров в диаметре — и послали Берии и Сталину на рассмотрение. Вскоре после этого, 25 июля, Харитон предоставил тех-задание.

Ускорились работы над первым советским опытным ядерным реактором «Физический-1» (Ф-1). Реактор собрали в лаборатории № 2 на окраине Москвы в специальном здании, в котором имелась шахта глубиной около 3,5 метров. В приложении к докладу Смита была опубликована подробная конструкция первого чикагского реактора, но размеры Ф-1, как потом оказалось, были очень близки к параметрам экспериментального реактора Хэнфорд-305. Возможно, это объясняется тем, что детали конструкции могли быть получены разведчиками, работавшими в Хэнфорде или в «Метлабе» в Чикаго, где разрабатывалась эта модель.

Подготовка к сборке Ф-2, реактора для промышленного производства плутония, уже началась в Челябинске-40, примерно в 16 километрах от Кыштыма и в 80 километрах северо-западнее Челябинска. До Октябрьской революции в Кыштыме работал будущий американский президент Герберт Гувер — он участвовал в добыче и выплавке меди.

С августа по октябрь работы над реактором контролировал Курчатов. Как и физики из «Метлаба», он конструировал небольшие докритические сборки, в которых тестировалась степень размножения нейтронов, а также делал измерения, необходимые для прогнозирования того, сколько урана и графита потребуется, чтобы достичь критической точки. Собирать Ф-1 начали 15 ноября, слой за слоем. По оценке Курчатова, реактор должен был достичь критической точки, имея 76 слоев. В работу пустили весь уран до последнего грамма.

Но, прямо как физики из «Метлаба» четыре года назад, Курчатов, экстраполируя процессы от уменьшенных моделей, завысил количество урана. Когда 24 декабря завершили 61 слой, стало очевидно, что следующий слой доведет реактор до критической отметки.

В 14:00 25 декабря в сборку вставили три кадмиевых регулирующих стержня и добавили 62-й слой. Курчатов прибыл для наблюдения за следующим этапом; из здания удалили весь незадействованный персонал. Те, кто остались, молчали. Слышно было только тиканье счетчиков нейтронов. Далее провели несколько экспериментов, в ходе которых регулирующие стержни частично извлекали из сборки, наблюдая одновременно за счетчиками — чтобы удостовериться, что все идет так, как нужно.

В 18:00 Ф-1 достиг критической точки. «Хорошо, у нас получилось», — отметил Курчатов. Это был первый крупный успех советской программы. Физики поздравили друг друга, и Курчатов объявил: «Теперь атомная энергия подчинилась воле советского человека».

Через несколько дней для проверки Ф-1 приехал сам Берия. Физики еще раз рассказали ему, как шла работа, подтвердили, что реактор работает. Но, кроме щелканья нейтронных счетчиков, ничего не было слышно и совсем ничего не было видно. У Берии сразу же пробудились подозрения. «И это все?» — спросил он. Получив утвердительный ответ, Берия пожелал войти в помещение с реактором и посмотреть поближе. Курчатов ответил, что это было бы слишком опасно, и подозрения Берии только укрепились.

Сталин получил доклад об успешном запуске Ф-1 28 декабря 1946 года:

Сталин принял членов Специального Комитета и ученых, учавствовавших в работе над успешным проектом Ф-1, на торжественном приеме в Кремле 9 января 1947 года. Это был первый и последний раз, когда Сталин согласился выслушать доклады непосредственно от самих ученых-атомщиков.

Капитуляция Японии и окончание военного времени означали, что дешифровщики Армейской службы безопасности[187], ранее занятые немецкими и японскими кодовыми сообщениями, освободились и могли работать с потоком советских сообщений. Закономерности, обнаруженные Хэллоком и Филипсом в Арлингтон-Холле, теперь сделали советские сообщения гораздо более уязвимыми. Стало возможно частично «открыть» шифр одноразового кода и распознать лежавшие в его основе «обычные» группы кодовых символов, содержавшиеся в сотнях сообщений, которыми обменивались Москва и советские посольства, консульства и торговые организации, расположенные в Америке.

По мере того как повышалась точность расшифровки — до 50 %, а затем и до 75 %, — возрастала и уязвимость сообщений. Один особенно талантливый дешифровщик, Сэмюэл Чью, научился пользоваться очень предсказуемыми схемами из сообщений, которые описывали запланированные поставки по ленд-лизу из американских портов.

Оставалось взломать сам код. Чтобы это сделать, нужно было либо заполучить кодовую книгу, либо воссоздать ее путем скрупулезного анализа уже раскрытых кодовых групп.

В начале 1946 года к работе над русскими шифрами подключился Мередит Гарднер. Гарднер был превосходным лингвистом. До войны он преподавал языки в университетах Техаса и Висконсина. Он умел читать на немецком, французском, санскрите и литовском, изучал древневерхненемецкий, средневерхненемецкий и церковнославянский. Гарднер поразил всех своих коллег по Арлингтон-Холлу, изучив японский за три месяца. Теперь он взялся за русский.