U ponedjeljak, 30. listopada 1961. godine, u 11 sati i 32 minute po moskovskom vremenu, iznad ledene pustoši sovjetskog arktičkog otočja Nova Zemlja dogodila se eksplozija kakvu svijet nikada prije nije vidio. Na visini od približno četiri kilometra detonirala je sovjetska hidrogenska bomba AN602, poznatija kao Car-bomba ili Carska bomba. U djeliću sekunde oslobođena je energija ekvivalentna eksploziji 50 milijuna tona TNT-a. Nebo se pretvorilo u zasljepljujuću bijelu svjetlost, golema vatrena kugla počela se širiti iznad zaleđenog tla, a nekoliko trenutaka poslije prema nebu se podignuo gljivasti oblak koji će narasti do visine od oko 65 kilometara. Bio je to prizor koji je nadilazio sve dotadašnje ljudsko iskustvo. Sovjetski Savez upravo je detonirao najmoćnije nuklearno oružje u povijesti, bombu približno 3300 puta snažniju od one koju su Amerikanci bacili na Hirošimu. Eksplozija je bila toliko snažna da je njezin bljesak bio vidljiv s udaljenosti od približno tisuću kilometara. Udarni val razbio je prozore na golemim udaljenostima, a atmosferski poremećaji koje je izazvao zabilježeni su čak i nakon što su triput obišli Zemlju. Seizmografi su registrirali potres jačine veće od pet stupnjeva. Elektromagnetski i ionizacijski učinci eksplozije ozbiljno su poremetili radijske komunikacije u arktičkom području. Čak su i piloti sovjetskih zrakoplova koji su sudjelovali u pokusu bili izloženi iznimnoj opasnosti. Njihov je bombarder, unatoč tome što se pokušao udaljiti od mjesta eksplozije, zahvatio udarni val koji ga je snažno potresao. Šezdeset pet godina poslije taj pokus i dalje drži zastrašujući rekord. Nijedna država nije javno izvela snažniju nuklearnu eksploziju.
Priča o Carskoj bombi počinje u atmosferi paranoje, političkog nadmetanja i straha od nuklearnog rata. Hladni rat početkom šezdesetih godina ulazio je u jednu od najopasnijih faza. Berlinski zid podignut je u kolovozu 1961., odnosi između Moskve i Washingtona bili su na rubu otvorenog sukoba, a obje supersile nastojale su pokazati da raspolažu oružjem koje protivnika može odvratiti od napada. Sovjetski vođa Nikita Hruščov smatrao je da Sovjetski Savez mora demonstrirati tehnološku i vojnu moć kakvu Amerikanci neće moći ignorirati. U to je vrijeme Moskva već imala nuklearne bombe i interkontinentalne balističke rakete, ali je američka strateška prednost i dalje zabrinjavala sovjetsko vodstvo. Jedan od načina da se ta neravnoteža barem propagandno nadoknadi bio je razvoj eksplozivnog sredstva nezamislive snage. Sovjetski znanstvenici dobili su zadatak razviti hidrogensku bombu snage čak 100 megatona, odnosno sto milijuna tona TNT-a. Takvo oružje bilo bi više od šest tisuća puta snažnije od bombe bačene na Hirošimu. Bila je to zamisao koja nije proizlazila samo iz praktičnih vojnih potreba. Cilj je bio proizvesti eksploziju toliko golemu da njezin psihološki učinak bude jednako važan kao fizičko razaranje.
Hruščov je projekt povezao s poznatom ruskom frazom Kuzkina mat, čije je preneseno značenje prijetnja da će se protivniku pokazati nešto što nikada neće zaboraviti. Sovjetski vođa tu je frazu koristio u svojim istupima prema Zapadu, a ona je s vremenom postala jedan od neslužbenih nadimaka goleme bombe. U zapadnim izvještajima uvriježio se naziv Tsar Bomba, odnosno Car-bomba, po uzoru na tradicionalne ruske oznake za predmete iznimne veličine, poput Car-topa i Car-zvona. Projekt su razvijali znanstvenici sovjetskog nuklearnog programa, predvođeni fizičarom Julijem Haritonom. Među ključnim ljudima nalazili su se Andrej Saharov, Viktor Adamski, Jurij Babajev, Jurij Smirnov i Jurij Trutnjev. Širi sovjetski nuklearni program prethodno je oblikovao i Igor Kurčatov, jedan od njegovih najvažnijih utemeljitelja, koji je umro 1960., prije završnog pokusa Carske bombe. Rezultat rada sovjetskih fizičara bilo je oružje zastrašujućih dimenzija. Bomba je bila duga približno osam metara, promjera nešto većeg od dva metra i teška između 26 i 27 tona, ovisno o izvoru. Bila je toliko velika da je nije mogao ponijeti obični bombarder bez ozbiljnih preinaka.
Zato je sovjetska vojska posebno prilagodila strateški bombarder Tupoljev Tu-95, koji je dobio oznaku Tu-95V. Zrakoplovu su modificirani prostor za bombu i mehanizam njezina ispuštanja, a golem teret djelomično je stršao izvan trupa. Bombarder je obojen posebnom reflektirajućom bojom kako bi se smanjila opasnost od toplinskog zračenja. Znanstvenici su bili svjesni da sama eksplozija može uništiti zrakoplov koji je bombu ispustio. Zato je konstruiran golemi padobran težak oko 800 kilograma, čija je zadaća bila usporiti pad bombe i omogućiti posadi da se što više udalji od epicentra prije detonacije. Čak ni ta mjera nije jamčila sigurnost. Prema podacima američkog Atomic Heritage Foundation, procjenjivalo se da posada ima približno pedeset posto izgleda preživjeti pokus. Unatoč riziku, sovjetsko vojno i političko vodstvo odlučilo je nastaviti.
Prvotna zamisao o bombi od 100 megatona također je doživjela važnu promjenu. Znanstvenici su odlučili smanjiti njezinu eksplozivnu snagu na približno polovicu planirane vrijednosti. U konstrukciji je dio uranija zamijenjen olovom, čime je smanjena količina energije koja bi nastala dodatnom nuklearnom fisijom, ali i količina radioaktivnih produkata eksplozije. Bila je to neobična računica: oružje od 50 megatona predstavljalo je kompromis kojim se pokušavalo ograničiti posljedice oružja od 100 megatona. Iako je i dalje bilo dovoljno snažno da uništi golemo urbano područje, smanjena verzija trebala je proizvesti znatno manje radioaktivnih padalina nego što bi ih izazvala prvotno zamišljena izvedba.
U jutarnjim satima 30. listopada 1961. s vojnog aerodroma Olenja na poluotoku Koli poletio je posebno modificirani bombarder Tu-95V. Njime je upravljao major Andrej Durnovcev, iskusni sovjetski pilot koji je znao da je pred njim jedna od najopasnijih misija u povijesti vojnog zrakoplovstva. U operaciji je sudjelovao i drugi zrakoplov, Tu-16, čija je zadaća bila fotografirati eksploziju, snimiti njezine učinke i prikupiti znanstvene podatke. Odredište je bila Nova Zemlja, golemo arktičko otočje između Barentsova i Karskog mora. Sovjetski Savez ondje je uspostavio jedan od svojih najvažnijih poligona za nuklearne pokuse. Izoliranost, rijetka naseljenost i velika udaljenost od velikih gradova činili su ga pogodnim za eksperimente kojima se nije moglo pristupiti na uobičajenim vojnim poligonima. Kada je Tu-95V stigao iznad područja pokusa, letio je na visini od približno 10.500 metara. U određeno vrijeme bomba je otpuštena. Njezin golemi padobran otvorio se i usporio spuštanje, a pilot je odmah počeo udaljavati zrakoplov od predviđene točke eksplozije. Bomba je polako padala prema arktičkoj pustoši. Na visini od približno četiri tisuće metara aktivirao se mehanizam detonacije. Uslijedio je bljesak toliko snažan da se činilo kao da se iznad Nove Zemlje pojavilo novo Sunce.
Vatrena kugla proširila se do promjera od nekoliko kilometara. Golemi gljivasti oblak počeo se uzdizati kroz atmosferu i za manje od deset minuta dosegnuo visinu veću od 60 kilometara. Njegov se gornji dio raširio na gotovo stotinu kilometara. Pilot Durnovcev i njegova posada u međuvremenu su pokušavali pobjeći od udara. Kada je udarni val napokon stigao do bombardera, snažno ga je potresao i uzrokovao nagli gubitak visine. Posada je ipak uspjela stabilizirati zrakoplov i sigurno se vratiti. Sovjetska vojska poslije je Durnovceva nagradila titulom Heroja Sovjetskog Saveza.
Razmjere eksplozije teško je predočiti čak i danas. Atomska bomba Little Boy, koju su Sjedinjene Države 6. kolovoza 1945. bacile na Hirošimu, imala je snagu od približno 15 kilotona TNT-a. Car-bomba oslobodila je energiju od 50.000 kilotona. Drugim riječima, bila je više od tri tisuće puta snažnija. Prema usporedbama koje navodi američki National WWII Museum, njezina eksplozija oslobodila je približno deset puta više energije od ukupne energije konvencionalnih eksploziva upotrijebljenih tijekom Drugoga svjetskog rata. Toplinsko zračenje bilo je toliko snažno da bi, u povoljnim uvjetima vidljivosti, moglo izazvati opekline trećeg stupnja i na udaljenostima većima od stotinu kilometara. Udarni val uništavao je građevine u širokom području oko eksplozije, a u udaljenim naseljima izbijeni su prozori. U nekim izvještajima spominju se razbijena stakla čak u Norveškoj i Finskoj.
Iako je bomba detonirala nekoliko kilometara iznad tla, njezina je snaga izazvala i snažan seizmički poremećaj. Atmosferski tlačni val nastavio se širiti oko planeta. Mjerni instrumenti registrirali su ga nakon prvog obilaska Zemlje, zatim nakon drugog i naposljetku trećeg. Ta je činjenica postala jedan od najpoznatijih detalja u povijesti nuklearnih pokusa. Snimke koje su izradile sovjetske vojne ekipe prikazuju gotovo nestvaran prizor. Iznad zaleđenog krajolika najprije se pojavljuje intenzivna svjetlost, a zatim golemi oblak koji nezaustavljivo raste i probija se visoko u atmosferu. Jedan od očevidaca prizor je usporedio s pojavom novog planeta. Drugi su imali osjećaj da je sama Zemlja pretrpjela smrtonosan udarac.
Paradoks Carske bombe bio je u tome što njezina golema razorna snaga nije nužno značila i veću vojnu uporabljivost. Naprotiv, bila je toliko velika i teška da je predstavljala ozbiljan logistički problem. Za njezino nošenje trebalo je posebno modificirati bombarder, a sama veličina oružja bitno je ograničavala načine njegove uporabe. Njezina je glavna svrha bila demonstracija apsolutne razorne moći. U slučaju stvarne uporabe protiv velikoga grada, posljedice bi bile katastrofalne. Eksplozija te snage mogla bi uništiti golemo urbano područje, izazvati masovne požare, urušavanje građevina i golem broj žrtava. Točni razmjeri ovisili bi o visini detonacije, gustoći naseljenosti, vremenskim prilikama i drugim okolnostima. Međutim, povećavanje snage nuklearne bombe ne povećava razmjerno i površinu razaranja. Deset puta snažnija bomba ne uništava deset puta veći radijus, zbog čega su vojni stratezi postupno zaključili da je operativno učinkovitije razvijati manja, preciznija i brojnija nuklearna oružja. Bomba zato nikada nije postala standardno oružje sovjetskih strateških snaga. Ostala je prije svega eksperimentalno oružje i politička poruka Washingtonu.
Sovjetski pokus izazvao je snažne reakcije u međunarodnoj javnosti. Zapadne zemlje osudile su demonstraciju sile, a znanstvenici, mirovni aktivisti i političari upozoravali su na opasnost nastavka atmosferskih nuklearnih pokusa. Samo godinu dana nakon pokusa svijet se našao na rubu nuklearnog rata tijekom Kubanske raketne krize u listopadu 1962. Sovjetsko postavljanje nuklearnih raketa na Kubi izazvalo je dramatično sučeljavanje s administracijom američkog predsjednika Johna F. Kennedyja. Nekoliko dana izgledalo je da bi sukob dviju supersila mogao prerasti u nuklearnu katastrofu. Upravo je iskustvo takvih kriza dodatno ojačalo svijest da utrka u nuklearnom naoružanju ne može trajati bez ikakvih ograničenja. Dana 5. kolovoza 1963. Sjedinjene Države, Sovjetski Savez i Velika Britanija potpisali su u Moskvi Ugovor o djelomičnoj zabrani nuklearnih pokusa. Sporazum je zabranio nuklearne eksplozije u atmosferi, svemiru i pod vodom, ali nije zabranio podzemne pokuse. Na snagu je stupio 10. listopada iste godine.
