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Le premier test de la bombe RDS-3 se déroula le 18 octobre 1951, à 3 h 53 (GMT).

Pour des raisons de sécurité, la bombe fut assemblée avec la charge nucléaire peu avant l’essai. La bombe fut larguée et parachutée depuis un avion Tu-4 à 10 km d’altitude, au-dessus du site d’essai de Semipalatinsk, à 2,5 km de l’endroit des essais RDS-1 et RDS-2 (à cause du court intervalle de temps avec le test précédent, cela produisit une pollution importante).

L’explosion eut lieu à une altitude de 380 mètres et développa une puissance de 42 kilotonnes. L’explosion fut visible à 170 km de distance. Ce fut le premier test nucléaire soviétique avec une bombe larguée depuis un avion. La détonation fut un succès et la conception de la bombe fut validée pour la production en série, l’arme entra en service dans l’arsenal militaire soviétique en 1953.

L’essai fut surnommé Joe-3 par les États-Unis et se classe comme l’essai n°3 dans les archives officielles soviétiques