当日9点33分，苏联当时研制的威力最大的一颗原子弹在托茨基草原上空爆炸，森林被烧为灰烬，村庄被平地摧毁，诸兵种合成实弹演习的“东方”军队发起冲锋，战机越过蘑菇云对地面目标进行攻击，在爆炸中心10公里范围内扬起飞的辐射云尘和沙土，成为“西方”军队最好的防御设施。当日投掷的弹药总是比苏军强攻柏林时的都多许多。
所有参加演习的人都亲笔签名，保证25年内不泄露国家军事机密，患上各种辐射疾病的官兵甚至不能向主治医生讲述自己的辐射经历，4.5万名参演官兵中至今只有2000人存活，其余43000人已经先后去世。随着苏联的解体，国家机密的解禁，一些参与 1954年奥伦堡草原核试验事件的人们开始回忆当时的事情经过，从而揭开了这一绝密试验的内幕。
“雪花”战役准备
俄罗斯特种风险部队老兵委员会主席边齐安诺夫讲述道：“1954年整个夏末，一直有军列从苏联各地来到托茨基站，所有来到此处的官兵，甚至包括部队司令部，都不知道为何到这里来。我们的军列在每个车站都遇到了妇女和儿童，送给我们鸡蛋和奶酪。‘亲爱的，你们难道是要去中国打仗吗？一些老大娘还在这样喊叫着。”
奥辛中将回忆称，50年代初苏联在认真准备第三次世界大战，在美国进行了原子弹实验后，苏联也决定在开阔地带试验原子弹，奥伦堡草原因与西欧地形相似而被选为试验地点。有原子弹爆破科目的诸兵种合成演习最初计划在卡普斯京雅尔导弹试验场内进行，1954年春天，经过重新评估后，托茨基草原被视为安全保障条件最好的演习场。
共有212支部队4.5万名官兵参加了此次代号为“雪花”的核演习，其中士兵3.9万人，军官、将军和元帅共6000名，住宿营地蔓延42公里。演习准备工作持续了3个月，挖掘了数千公里的堑壕、壕沟、反坦克沟，修筑了数百个永久火力点、临时火力点和地下掩蔽所。
演习前夕，军官们观看了一场关于核武器作用的电影，在专门建设的特殊电影院门口，盘查甚严，必须持有团长和克格勃代表亲笔签名的通行证才能入场观看。
距离爆炸中心5-6公里的博戈达诺夫卡村和费多罗夫卡村，由部队组织，临时疏散到50公里外的地方。
演习准备是在火炮轰炸掩护下进行的，数百架飞机轰炸预定地段。演习开始前1个月，每天都有图-4轰炸机向爆炸中心投掷250公斤重的炸弹模型。在周围都是混合林的橡树丛中，有一个100×100米的白色十字标志，参加演练的飞行员向其投掷炸弹，误差不许超过500米，因为周围部署有部队。
库特尔切夫少校和利亚斯尼科夫大尉两名飞行员进行了训练，一直到最后时刻，他们并不知道谁将是主角，谁是配角。库特尔切夫少校的优势在于他此前已经有了在谢米帕拉金斯克演习场进行原子弹飞行试验的经验。
为防止攻击波对距离爆炸中心5-7.5公里内的参演部队的伤害，他们全部藏在地下掩体内，7.5公里之外的部队官兵则或坐或躺在堑壕里。
在距离爆炸中心15公里处的一个高地上，临时搭建了一个政府演习观察台，装配了观察仪，旁边是铁道站和柏油路，由军事检察人员负责警戒，任何车辆和人员不经允许都不能进入。
演习前3天，苏联高级军事领导开始飞抵托茨基战地机场，其中包括苏联元帅华西里耶夫斯基、罗科索夫斯基、科涅夫、马林诺夫斯基，还有友好国家的国防部长。演习前一天，赫鲁晓夫总书记、国防部长布尔加宁和核武器制造者库尔查托夫来到了托茨基。
朱可夫元帅被任命为演习指挥，在白色十字标志的爆炸中心周围部署了大量战斗装备：坦克、飞机、装甲运输车，堑壕里和地面上还有“空降兵”：羊、狗、马、牛。
演习开始：图-4轰炸机从8000米高空投掷原子弹
9月14日，两名图-4轰炸机飞行员全部准备完毕，每架飞机上都挂载了原子弹，飞行员们同时发动飞机，准备执行任务。库特尔切夫少校接到了起飞命令，投弹手是科科林大尉，第二飞行员是罗缅斯基，领航员是巴别茨，两架米格-17歼击机和1架伊尔-28轰炸机陪同升空，分别进行护航、气象侦察和录像工作。
普季夫利斯基回忆道：“9月14日凌晨4点，我们被警报声惊醒，天气晴朗，平静，天空没有云彩。我们乘汽车来到政府观察台前，坐在沟壑前拍照。第一次警报在核爆炸前15分钟响起，爆炸前10分钟传来第二次警报，我们冲出汽车，冲入事先准备好的掩体，按照事前所教的那样，身体下趴，头冲向爆炸一方，闭上眼睛，手放在头后面，张开嘴。当最后一次警报响过后，远处传来地狱般的轰响声，时间定格在9点33分。”
奥辛中将回忆称，当时图-4轰炸机是在第二次俯冲时从8000米高空投掷下一颗原子弹，这枚代号为“塔季扬卡”的钚弹威力为4万吨当量，是美军在日本广岛上空投下的原子弹的数倍。类似原子弹此前曾于1951年在谢米帕拉金斯克演习场试验过。托茨基演习中的“塔季扬卡”在距离地面350米的空中爆炸，偏离预定爆炸中心西北方向280米。不幸的是，最后时刻风向突然变化，辐射云没有吹向预定的没有人烟的草原，而是直接冲向了奥伦堡市及更远的克拉斯诺雅尔斯克地区。
时任营长的科扎诺夫讲述称，核爆炸5分钟后，炮火准备开始，随后轰炸航空兵开始攻击，各种口径的火炮、迫击炮、“喀秒莎”、自行火炮、坦克火炮等一齐开火，1公里面积内的火力密度远远超过了攻占柏林时的水平。
时任营长的皮利西科夫回忆道：“爆炸时，尽管我们躲避在封闭的堑壕和掩蔽所内，还是有刺眼的光线进入，几秒种后，听到了极大的、尖锐的爆炸声。3小时后接到了进攻信号。而在核爆炸后21-22分钟，开始对地面目标发动攻击的飞机越过了核蘑菇云的，辐射云柱的上方。我率领全营官兵乘装甲运输车以16-18 公里/小时的速度驶到距离爆炸中心600米处，发现那里的树林被从根到梢全部烧毁，装备被彻底摧毁，到处是烧焦的动物尸体，在距离爆炸中心300米方圆内，没有一个橡树枝干，全部被烧成灰烬，距离爆炸地点1公里处的装备被掀翻在地。”
科扎诺夫回忆道：“我们穿着防护服穿过了一个距爆炸中心1.5公里的谷地，满眼全是正在燃烧的活塞式飞机、汽车和编制车辆，到处是牛羊尸体。爆炸后的地形很难辨认，草原在冒烟，周围全是光秃秃的冒烟的土丘和由烟尘形成的厚厚的黑墙。我嗓子干燥，声音嘶哑，耳中全是轰响声和噪声。少将同志命令我使用剂量测定仪测量辐射程度，我跑到测量位置，打开仪器底盘，指针迅速转动起来。将军命令我立即上车，我们迅速撤离了爆炸中心附近地区。”
两天后，1954年9月17日的《真理报》上刊登了塔斯社的声明：“根据科研和试验工作计划，日前，苏联进行了一种核武器的试验。试验目的是研究核爆破作用。试验中得到了珍贵的结果，帮助苏联科学家和工程师成功解决了防止核进攻的任务。”部队完成了自己的任务：建成了国家核盾牌。
爆炸之后，居住在附近的村民、被烧毁的村庄、田地里收获的受到辐射的谷物和土豆、所有到过爆炸地区的老鼠、家兔、牛、羊、马甚至是昆虫，以及参演官兵当天配发的干粮，都被专家们进行了仔细的观察和研究。
演习结束后，投掷原子弹的库特尔切夫少校从国防部长手中接过了列宁勋章，并被提前晋升为上校，奖励了一辆“胜利”牌小轿车。而使用核武器的诸兵种合成演习结果一直被视为苏联最高军事机密，世人无从知晓。
核试验危害深远，贻害三代人
因保密需要，参加此次试验的官兵都没有进行任何身体检查和调查，平民损失情况至今仍未查清，托茨基医院1954-1980年间的病历档案已全部被毁。1990年，受切尔诺贝利核电站事件影响，托茨基试验中受害的官兵才首次得到关注。
据调查，从1952年起，附近村民共有3209人因受到辐射而死亡，爆炸之后只有2人当场死亡，之后经历了两次高峰：爆炸后的5-7年和90年代初。在参加托茨基演习的4.5万名军人中，现在只有2000人尚在人世，其中有一半人已被评为一等和二等伤残，74.5%的人患有心血管疾病，20.5%的人有消化器官疾病，4.5%人有血液病和遗传经历。
1994年，在托茨基核爆炸中心地区树起了一块纪念碑，每年的9月14日，人们都将怀念那些在托茨基、谢米帕拉金斯克、新地岛、卡普斯京雅尔和拉多加试验场因辐射事故而死难的官兵。
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