Как уже было сказано, создание атомной бомбы требовало решения широкого круга физических, технических и организационных вопросов, связанных с проведением обширной программы расчетно-теоретических исследований, проектно-конструкторских, технологических и экспериментальных работ. Прежде всего предстояло провести исследования физико-химических свойств делящихся материалов, разработать и апробировать методы их литья и механической обработки, разработать радиохимические методы извлечения различных продуктов деления и технологию изготовления источников нейтронов, организовать производство полония. Кроме того, отсутствовала методика определения критической массы и констант взаимодействия нейтронов с ядрами материалов делящихся веществ, не разработана теория эффективности или КПД, а также теория ядерного взрыва в целом.
Особый раздел обширных изысканий был связан с теорией сходящейся детонационной волны, вопросами детонации взрывчатых веществ и процессами, происходящими на фронте детонационной волны при переходе ее из одного взрывчатого вещества в другое и при столкновении детонационных волн, исходящих из различных точек, а также сжимаемостью металлов при больших давлениях и откольных явлениях.
Нужны были лабораторные методы исследования газодинамических процессов, протекающих при взрыве сферического заряда взрывчатого вещества, и методы определения параметров ядерного взрыва при полигонных испытаниях.
Серьезные задачи были связаны с разработками системы подрыва взрывчатых веществ, в том числе специальных электродетонаторов, приборов автоматики подрыва, корпуса авиационной бомбы, отработкой его баллистики и создания узлов подвески, а также с созданием аппаратуры для изучения быстропротекающих процессов. Наконец, немаловажный круг проблем требовалось решить в связи со строительством специального полигона для проведения ядерных испытаний.
Приведенное краткое перечисление тех направлений, по которым развернулись работы, далеко не исчерпывает всего содержания деятельности, требовавшей осуществления для успешного завершения Атомного проекта.
К началу разработки атомных зарядов отечественные ученые-физики в какой-то степени были знакомы с тематикой, связанной с созданием атомной бомбы, по своей предыдущей работе, а для конструкторов эта тематика была совершенно новой. Они не знали физических основ заряда, новых материалов, применяемых в конструкции, их физико-механических свойств, допустимости совместного хранения и т. п.
Конструкция ядерного заряда была выполнена с учетом отечественных технологических возможностей и с обеспечением прочностных и эксплуатационных требований, определяемых нашими условиями. Жесткие требования к надежности срабатывания заряда, безопасности работы с ним, сохранению его качеств в период гарантийного срока годности обусловили тщательность отработки всей конструкции. В конечном счете ответственность за работоспособность заряда в течение всего периода эксплуатации лежала на главном конструкторе и конструкторах-разработчиках.
Уникальная организация работ в КБ-11, где помимо выдающихся ученых были собраны выдающиеся конструкторы, инженеры, технологи, организаторы производства, прошедшие школу индустриализации и Великой Отечественной войны, быстро привела к созданию не просто образцов ядерных зарядов, а оружия серийного производства.
По предложению Б.Л. Ванникова, М.Г. Первухина, И.В. Курчатова, А.П. Завенягина, Ю.Б. Харитона и П.М. Зернова к проведению подготовительных работ по созданию атомных бомб РДС-1 и РДС-2 были привлечены научные, проектные и производственные организации СССР, создана специальная система подготовки кадров для отрасли. Особо тесная кооперация сложилась с Институтом химической физики во главе с учителем Ю.Б. Харитона и Я.Б. Зельдовича академиком H.H. Семеновым.
Уже на самом начальном этапе разработки ядерного оружия стало очевидным, что исследование процессов, протекающих в заряде, должно пойти по расчетно-экспериментальному пути, позволявшему корректировать теоретический анализ по результатам экспериментов и опытных данных о газодинамических характеристиках ядерных зарядов. Применение новых методов и регистраторов в исследованиях КБ-11 позволило уже на старте работ по созданию ядерного оружия получить необходимые данные о динамической сжимаемости конструкционных материалов.
Принципиальное значение имели адекватное понимание и конкретные измерения процессов, происходящих при сферически сходящейся детонации взрывчатого вещества, а также отработка соответствующих элементов конструкции и разработка технологии их изготовления. В сжатые сроки была создана практически новая технология прецизионного конструирования крупногабаритных конструкций, содержащих взрывчатые вещества.
Об интенсивности работ в период подготовки первого испытания говорят такие данные: для опытов в период с 1 января до 1 мая 1949 г. (всего четыре месяца) было изготовлено 1200 элементов и 87 полусфер заряда РДС-1 для трех классов экспериментов (более 100 т тротила).
