當日9點33分，蘇聯當時研製的威力最大的一顆原子彈在托茨基草原上空爆炸，森林被燒為灰燼，村莊被平地摧毀，諸兵種合成實彈演習的「東方」軍隊發起衝鋒，戰機越過蘑菇雲對地面目標進行攻擊，在爆炸中心10公里範圍內揚起飛的輻射雲塵和沙土，成為「西方」軍隊最好的防禦設施。當日投擲的彈藥總是比蘇軍強攻柏林時的都多許多。
所有參加演習的人都親筆簽名，保證25年內不泄露國家軍事機密，患上各種輻射疾病的官兵甚至不能向主治醫生講述自己的輻射經歷，4.5萬名參演官兵中至今只有2000人存活，其餘43000人已經先後去世。隨著蘇聯的解體，國家機密的解禁，一些參與 1954年奧倫堡草原核試驗事件的人們開始回憶當時的事情經過，從而揭開了這一絕密試驗的內幕。
「雪花」戰役準備
俄羅斯特種風險部隊老兵委員會主席邊齊安諾夫講述道：「1954年整個夏末，一直有軍列從蘇聯各地來到托茨基站，所有來到此處的官兵，甚至包括部隊司令部，都不知道為何到這裡來。我們的軍列在每個車站都遇到了婦女和兒童，送給我們雞蛋和乳酪。『親愛的，你們難道是要去中國打仗嗎？一些老大娘還在這樣喊叫著。」
奧辛中將回憶稱，50年代初蘇聯在認真準備第三次世界大戰，在美國進行了原子彈實驗後，蘇聯也決定在開闊地帶試驗原子彈，奧倫堡草原因與西歐地形相似而被選為試驗地點。有原子彈爆破科目的諸兵種合成演習最初計畫在卡普斯京雅爾導彈試驗場內進行，1954年春天，經過重新評估後，托茨基草原被視為安全保障條件最好的演習場。
共有212支部隊4.5萬名官兵參加了此次代號為「雪花」的核演習，其中士兵3.9萬人，軍官、將軍和元帥共6000名，住宿營地蔓延42公里。演習準備工作持續了3個月，挖掘了數千公里的塹壕、壕溝、反坦克溝，修筑了數百個永久火力點、臨時火力點和地下掩蔽所。
演習前夕，軍官們觀看了一場關於核武器作用的電影，在專門建設的特殊電影院門口，盤查甚嚴，必須持有團長和克格勃代表親筆簽名的通行證才能入場觀看。
距離爆炸中心5-6公里的博戈達諾夫卡村和費多羅夫卡村，由部隊組織，臨時疏散到50公里外的地方。
演習準備是在火炮轟炸掩護下進行的，數百架飛機轟炸預定地段。演習開始前1個月，每天都有圖-4轟炸機向爆炸中心投擲250公斤重的炸彈模型。在周圍都是混合林的橡樹叢中，有一個100×100米的白色十字標誌，參加演練的飛行員向其投擲炸彈，誤差不許超過500米，因為周圍部署有部隊。
庫特爾切夫少校和利亞斯尼科夫大尉兩名飛行員進行了訓練，一直到最後時刻，他們並不知道誰將是主角，誰是配角。庫特爾切夫少校的優勢在於他此前已經有了在謝米帕拉金斯克演習場進行原子彈飛行試驗的經驗。
為防止攻擊波對距離爆炸中心5-7.5公里內的參演部隊的傷害，他們全部藏在地下掩體內，7.5公里之外的部隊官兵則或坐或躺在塹壕裡。
在距離爆炸中心15公里處的一個高地上，臨時搭建了一個政府演習觀察臺，裝配了觀察儀，旁邊是鐵道站和柏油路，由軍事檢察人員負責警戒，任何車輛和人員不經允許都不能進入。
演習前3天，蘇聯高級軍事領導開始飛抵托茨基戰地機場，其中包括蘇聯元帥華西裡耶夫斯基、羅科索夫斯基、科涅夫、馬林諾夫斯基，還有友好國家的國防部長。演習前一天，赫魯曉夫總書記、國防部長布爾加寧和核武器製造者庫爾查托夫來到了托茨基。
朱可夫元帥被任命為演習指揮，在白色十字標誌的爆炸中心周圍部署了大量戰鬥裝備：坦克、飛機、裝甲運輸車，塹壕裡和地面上還有「空降兵」：羊、狗、馬、牛。
演習開始：圖-4轟炸機從8000米高空投擲原子彈
9月14日，兩名圖-4轟炸機飛行員全部準備完畢，每架飛機上都挂載了原子彈，飛行員們同時發動飛機，準備執行任務。庫特爾切夫少校接到了起飛命令，投彈手是科科林大尉，第二飛行員是羅緬斯基，領航員是巴別茨，兩架米格-17殲擊機和1架伊爾-28轟炸機陪同升空，分別進行護航、氣象偵察和錄像工作。
普季夫利斯基回憶道：「9月14日凌晨4點，我們被警報聲驚醒，天氣晴朗，平靜，天空沒有雲彩。我們乘汽車來到政府觀察臺前，坐在溝壑前拍照。第一次警報在核爆炸前15分鐘響起，爆炸前10分鐘傳來第二次警報，我們衝出汽車，衝入事先準備好的掩體，按照事前所教的那樣，身體下趴，頭衝向爆炸一方，閉上眼睛，手放在頭後面，張開嘴。當最後一次警報響過後，遠處傳來地獄般的轟響聲，時間定格在9點33分。」
奧辛中將回憶稱，當時圖-4轟炸機是在第二次俯衝時從8000米高空投擲下一顆原子彈，這枚代號為「塔季揚卡」的鈈彈威力為4萬噸當量，是美軍在日本廣島上空投下的原子彈的數倍。類似原子彈此前曾於1951年在謝米帕拉金斯克演習場試驗過。托茨基演習中的「塔季揚卡」在距離地面350米的空中爆炸，偏離預定爆炸中心西北方向280米。不幸的是，最後時刻風向突然變化，輻射雲沒有吹向預定的沒有人煙的草原，而是直接衝向了奧倫堡市及更遠的克拉斯諾雅爾斯克地區。
時任營長的科扎諾夫講述稱，核爆炸5分鐘後，炮火準備開始，隨後轟炸航空兵開始攻擊，各種口徑的火炮、迫擊炮、「喀秒莎」、自行火炮、坦克火炮等一齊開火，1公裡面積內的火力密度遠遠超過了攻佔柏林時的水平。
時任營長的皮利西科夫回憶道：「爆炸時，儘管我們躲避在封閉的塹壕和掩蔽所內，還是有刺眼的光線進入，幾秒種後，聽到了極大的、尖銳的爆炸聲。3小時後接到了進攻信號。而在核爆炸後21-22分鐘，開始對地面目標發動攻擊的飛機越過了核蘑菇雲的，輻射雲柱的上方。我率領全營官兵乘裝甲運輸車以16-18 公里/小時的速度駛到距離爆炸中心600米處，發現那裡的樹林被從根到梢全部燒燬，裝備被徹底摧毀，到處是燒焦的動物屍體，在距離爆炸中心300米方圓內，沒有一個橡樹枝幹，全部被燒成灰燼，距離爆炸地點1公里處的裝備被掀翻在地。」
科扎諾夫回憶道：「我們穿著防護服穿過了一個距爆炸中心1.5公里的谷地，滿眼全是正在燃燒的活塞式飛機、汽車和編製車輛，到處是牛羊屍體。爆炸後的地形很難辨認，草原在冒煙，周圍全是光禿禿的冒煙的土丘和由煙塵形成的厚厚的黑牆。我嗓子乾燥，聲音嘶啞，耳中全是轟響聲和雜訊。少將同志命令我使用劑量測定儀測量輻射程度，我跑到測量位置，打開儀器底盤，指針迅速轉動起來。將軍命令我立即上車，我們迅速撤離了爆炸中心附近地區。」
兩天後，1954年9月17日的《真理報》上刊登了塔斯社的聲明：「根據科研和試驗工作計畫，日前，蘇聯進行了一種核武器的試驗。試驗目的是研究核爆破作用。試驗中得到了珍貴的結果，幫助蘇聯科學家和工程師成功解決了防止核進攻的任務。」部隊完成了自己的任務：建成了國家核盾牌。
爆炸之後，居住在附近的村民、被燒燬的村莊、田地裡收穫的受到輻射的穀物和土豆、所有到過爆炸地區的老鼠、家兔、牛、羊、馬甚至是昆蟲，以及參演官兵當天配發的乾糧，都被專家們進行了仔細的觀察和研究。
演習結束後，投擲原子彈的庫特爾切夫少校從國防部長手中接過了列寧勛章，並被提前晉升為上校，獎勵了一輛「勝利」牌小轎車。而使用核武器的諸兵種合成演習結果一直被視為蘇聯最高軍事機密，世人無從知曉。
核試驗危害深遠，貽害三代人
因保密需要，參加此次試驗的官兵都沒有進行任何身體檢查和調查，平民損失情況至今仍未查清，托茨基醫院1954-1980年間的病歷檔案已全部被毀。1990年，受切爾諾貝利核電站事件影響，托茨基試驗中受害的官兵才首次得到關注。
據調查，從1952年起，附近村民共有3209人因受到輻射而死亡，爆炸之後只有2人當場死亡，之後經歷了兩次高峰：爆炸後的5-7年和90年代初。在參加托茨基演習的4.5萬名軍人中，現在只有2000人尚在人世，其中有一半人已被評為一等和二等傷殘，74.5%的人患有心血管疾病，20.5%的人有消化器官疾病，4.5%人有血液病和遺傳經歷。
1994年，在托茨基核爆炸中心地區樹起了一塊紀念碑，每年的9月14日，人們都將懷念那些在托茨基、謝米帕拉金斯克、新地島、卡普斯京雅爾和拉多加試驗場因輻射事故而死難的官兵。
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