Максимальное облегчение самолёта и установка более высотных двигателей и винтов позволила поднять потолок В-29 до 12000 м. Сложная и недостаточно надёжная автоматика бомбы потребовала включения в экипаж бомбардировщика дополнительного специалиста — оператора бомбового вооружения.

Из-за большого диаметра «Толстяка» его загрузка в бомбоотсек В-29 проводилась над специальной ямой или при помощи подъёмника.

Первые 15 самолётов поступили на вооружение 509-й смешанной авиагруппы, сформированной 9 декабря 1944 г. В состав авиагруппы входили 393-я бомбардировочная эскадрилья на В-29 и 320-я транспортная эскадрилья на четырёхмоторных самолётах Дуглас С- 54. Командиром 509-й авиагруппы был назначен 29-летний полковник Пол Тиббетс, опытнейший летчик, принимавший участие в налётах на Регенсбург и Швейфурт, а затем в испытаниях В-29.

Пульт управления атомной подвеской на борту В-29

Схема бомбометания атомной бомбой с бомбардировщика В-29

509-я авиагруппа первоначально базировалась на аэродроме Уэндовер-Филд в штате Юта. Боевая подготовка заключалась в отработке прицельного высотного бомбометания одиночными авиабомбами большой мощности. После сброса бомбы на высоте 10000 м самолёт выполнял резкий разворот на 150–160° и на форсаже со снижением уходил от точки сброса. За 40 с падения бомбы по баллистической траектории он удалялся от эпицентра взрыва на 16 км. По расчетам, на таком расстоянии ударная волна 20-килотонного взрыва создавала перегрузку 2д при разрушающей для конструкции В-29 перегрузке 4д. Однако об этих расчётах знал только полковник Тиббетс. Остальной личный состав считал, что массогабаритные макеты бомб («Тыквы») и будут основным вооружением авиагруппы.

После окончания курса боевой подготовки в Уиндовере 509-я авиагруппа была переброшена на Кубу, где тренировалась в длительных полётах над морем. 26 апреля 1945 г. авиагруппа полковника Тиббетса была признана готовой к боевому применению и начала перебазироваться на аэродром Норд-Филд на острове Тиниан из группы Марианских островов.

Вопрос о боевом применении ядерного оружия встал уже в конце 1944 г. Создатели бомбы, политическое руководство и военные торопились: опасались появления ядерного оружия у Германии, поэтому ни у кого не было сомнений, что бомбу сбросят на Германию, причём хорошо бы в полосе наступления Советских войск… Но Германии повезло — она капитулировала 9 мая 1945 г. Единственным противником осталась Япония.

Была создана специальная группа, которая выработала рекомендации по выбору цели для ядерной бомбардировки. Вкратце эти рекомендации выглядят так: Нужно сбросить по крайней мере 2 бомбы, чтобы противник подумал, что у США есть запас ядерных бомб. Цель должна иметь компактную застройку, преимущественно деревянными зданиями (все японские города имели такую застройку), иметь большое военно-стратегическое значение и не подвергаться до этого налётам бомбардировочной авиации. Это позволяло точнее определить эффект от ядерной бомбардировки.

В качестве объектов атомной бомбардировки были выбраны четыре японских города, удовлетворявших перечисленным требованиям: Хиросима, Ниигата, Кокура и Киото. Впоследствии Киото — город-памятник, древняя столица Японии, по решению военного министра Стимсона, была вычеркнута из чёрного списка. Его место занял портовый город Нагасаки.

Окончательное решение о применении было за президентом Трумэном (Рузвельт к тому времени уже умер) и оно было положительным. В своих мемуарах он пишет:

«Принимать окончательное решение о времени и месте применения бомбы должен был я. В этом не может быть никакого сомнения. Я считал атомную бомбу средством ведения войны и никогда не сомневался в необходимости пустить её в ход».

Генерал Гровс по этому поводу заметил: «Трумэн не так уж много сделал, сказав да. В те времена потребовалось бы огромное мужество, чтобы сказать нет».

Тем временем 509-авиагруппа начала тренировочные полёты с острова Тиниан. При этом небольшие группы по 2–3 В-29 сбрасывали массо-габаритные макеты атомной бомбы («Тыквы») на соседние с объектами будущей атомной бомбардировки японские города. Полёты проходили практически в полигонных условиях: японцы, экономя горючее и боеприпасы, при появлении на большой высоте одиночных самолётов даже не объявляли воздушной тревоги. Личный состав авиагруппы, за исключением полковника Тиббетса, считал, что эти полёты, засчитывавшиеся экипажам как боевые вылеты, и есть их работа. Лётчики испытывали, правда, лёгкое разочарование, так как «Тыквы» по всем параметрам уступали английским сверхмощным 5- и 10- тонным бомбам, а о точности прицеливания с 10-километровой высоты и говорить нечего. Всего было выполнено 12 таких полётов, одной из целей которых было приучить японцев к виду тройки В-29 на большой высоте.

С этими полётами, возможно, связана одна легенда, о которой можно было и не говорить, если бы она не получила широкого распространения. В смутное время Перестройки в ряде изданий появилось, со ссылкой на какие-то документы из архивов внешней разведки, сенсационное утверждение, что на Японию было сброшено не две, а три атомные бомбы, но одна из них не взорвалась и попала в руки советских разведчиков. Зная, с какими трудностями и в какие сроки были получены делящиеся материалы для первых двух бомб, можно с уверенностью утверждать, что третьей бомбы не могло быть в принципе.

Бомбардировщик В-29 «Энола Гей» — один из 15 самолётов, переоборудованных в носители ядерного оружия. Все они были сведены в 393-ю бомбардировочную эскадрилью, 509-го смешанного авиаполка, о. Тиниан, август 1945 г.

«Энола Гей» накатывается на яму с бомбой. Знак на киле уже изменен

Бомба «Малыш» в яме, перед погрузкой в самолёт «Энола Гэй». Антенны высотомера установят позже