18 октября 1951 года на Семипалатинском полигоне была испытана первая отечественная атомная авиационная бомба РДС-3. Это было третье ядерное и первое воздушное испытание в СССР.
26 февраля 1950 года перед КБ-11 была поставлена задача создать новую атомную бомбу массой не более 3 тонн и эквивалентной мощностью в 25 тыс. тонн тротила. Начали с разработки новой фокусирующей системы, идею которой предложил старший научный сотрудник лаборатории №2 В.Некруткин. Новый принцип фокусирования детонационных волн и новая конструкция центральной части основного узла, позволявшая вдвое увеличить его мощность, использовались в двух следующих вариантах РДС-2 и РДС-3, отличавшихся только начинкой ядра: основной заряд «двойки» был полностью плутониевым, «тройки» - ураново-плутониевым.
Началась окончательная подготовка к вылету на задание. Изделие РДС-3, накануне проверенное, снаряженное и окончательно подготовленное к подвеске на самолет на транспортировочной тележке, укрытое брезентовым чехлом, было вывезено из сборочного сооружения (ДАФа) и на малой скорости доставлено тягачом на рядом расположенную бетонную стоянку самолета-носителя. Стоянка самолета-носителя, огражденная высоким забором, имела КПП на охраняемом въезде, совмещенном с рулежной дорожкой. К этому времени самолет-носитель Ту-4, проверенный и заправленный необходимыми компонентами и горючим, уже был расположен над бетонированным котлованом («ямой»), из которого могла производиться подвеска изделия. (Необходимость котлована диктовалась несоответствием высоты изделия на тележке клиренсу самолета — без этого нельзя было подвезти изделие под самолет.) К моменту закатывания изделия в котлован створки бомболюка были открыты, на них были смонтированы механические лебедки для подъема изделия. По режимным соображениям бомбоотсек самолета был огражден защитной брезентовой палаткой. После закатывания изделия в котлован, снятия с него чехла и крепежных приспособлений оно с помощью четырех лебедок было медленно поднято и закреплено на бомбардировочной установке самолета. Следующей была операция сочленения самолетной и объектовой части электрического разъема и фиксирование его цанговым замком. В соответствии с утвержденными режимами бомбометания и высотой взрыва в изделие были введены уставки временного датчика и барометрических датчиков критической высоты с помощью приборов самолетного пульта управления. Фидер антенны РТС от хвостовой части изделия выведен под фюзеляж самолета и закреплен на специальной стойке. Подготовка изделия на самолете закончена. Началась сдача изделия экипажу самолета. Командир экипажа и штурман осмотрели бомбоотсек, закрепление изделия и стыковку разъемов. Совместно с представителем КБ-41 включили электрозамки изделия, проверили загорание на них сигнальных лампочек. Ключи от электрозамков изделия были переданы командиру экипажа на случай использования их при вынужденной посадке вне аэродрома вылета. После проверки соответствия показаний приборов пульта управления записям в журнале была дана команда на закрытие бомболю-ков, которые затем были опечатаны представителем службы КГБ. Окончательная передача изделия экипажу была закреплена в журнале подписями командира корабля и штурмана. Командир корабля подполковник Уржунцев К.И., построив экипаж перед самолетом, доложил начальнику полигона генерал-майору Комарову Г.О. и ответственному представителю КБ-11 о приемке изделия и готовности к выполнению задания. Получив разрешение, члены экипажа заняли свои места, и самолет-носитель Ту-4 18 октября 1951 г. с атомной бомбой вырулил на взлетную полосу. Связавшись по радио с ЦКП и доложив о полной готовности, командир экипажа получил команду на взлет. В 7 ч 00 мин по московскому времени с аэродрома Жана-Семей произведен первый взлет самолета-носителя Ту-4 с атомной бомбой на борту. Взлет выполнен безупречно. Вслед за ним взлетел самолет-дублер Ту-4 с командиром корабля капитаном Усачевым К.И. Самолет-дублер имел на борту инертную фугасную бомбу ФАБ-1500. В случае отказа на основном носителе прицельных средств дублер в строю должен занять положение ведущего, продолжать выполнять полет в соответствии с заданием вплоть до бомбометания в назначенное время по цели опытного поля с передачей по радио серии тонально-модулированных сигналов. Сигналы и факт отрыва ФАБ-1500 от самолета-дублера в этом случае являлись для носителя командой на сбрасывания изделия. При этом взаимодействие с опытным полем полигона соответствовало заданным условиям проведения испытания. В полете самолет-носитель с изделием на борту сопровождался и охранялся сменяемыми в полете парами самолетов-истребителей Ла-11. Управление полетом самолета-носителя осуществлялось с ЦКП, на котором находилось руководство испытаниями во главе с И.В. Курчатовым: Харитон Ю.Б., Зельдович Я.Б., Ванников Б.Л., Зернов П.М., Неделин М.И., Болятко В.А., а от ВВС — генерал Комаров Г.О. и инженер-майор Куликов С.М. Непосредственную связь с группой самолета-носителя было поручено вести мне.
Взлет, набор заданной высоты 10000 м, выход на цель осуществлялись по утвержденному плану-графику. Основные этапы полета отображались на планшете-макете. Радиообмен с носителем выполнялся по двум каналам КВ и УКВ с использованием кодированных радиообменных таблиц. Основные команды для надежного приема службой опытного поля дублировались. Погода была благоприятной, материальная часть самолетов работала безупречно, и в назначенное время самолету-носителю был разрешен холостой заход на цель с передачей тонально-модулированных сигналов для окончательной настройки аппарата автоматики поля. Настало время выполнения боевого захода. С КП опытного поля доложили о готовности. Боевой заход разрешен. По каналам КВ и УКВ связи до сброса передаются предварительные сигналы — за 60 с и 15 с и третий сигнал в момент сброса.
Таким образом 18 октября 1951 года в 9 часов 52 минуты 38 секунд по московскому времени пилотируемый подполковником К.Уржунцевым Ту-4 с высоты 10 км сбросил первую отечественную атомную авиационную бомбу над условной целью, представлявшую собой круг радиусом 400 метров. Взрыв произошел на высоте около 380 метров.
Через час и двадцать минут после взрыва к эпицентру отправился специально оборудованный танк. В результате дозиметрической разведки было установлено, что максимальная интенсивность радиоактивного заражения местности оказалась значительно ниже той, которая была в эпицентре наземных взрывов. Усредненное значение мощности РДС-3 оказалось равным 41 200 тонн в тротиловом эквиваленте.
В результате модернизации РДС-3 были разработаны пригодные для использования в тактических целях атомные заряды меньшей мощности, еще более экономичные по расходу плутония. Опыт разработки РДС-2 и РДС-3 лег в основу принципиальной схемы конструкции первой отечественной тактической серийной атомной бомбы РДС-4 («Татьяна»), успешно испытанной на Семипалатинском полигоне 23 августа 1953 года.