USS Nautilus (SSN-571) – amerykański okręt podwodny służący w US Navy w latach 1954–1980, pierwsza w historii jednostka pływająca z napędem jądrowym. W 1958 roku okręt jako pierwszy na świecie przepłynął pod biegunem północnym, zaś przeprowadzone za jego pomocą testy wykazały szereg zalet siłowni jądrowej wobec innych rodzajów napędu. Rezultaty tych testów pchnęły US Navy do podjęcia decyzji o całkowitej rezygnacji z napędu konwencjonalnego dla okrętów podwodnych. Nazwa nawiązuje do fikcyjnego okrętu „Nautilus” z powieści Juliusza Verne'a Dwadzieścia tysięcy mil podmorskiej żeglugi. Obie jednostki były pionierskie w swoim czasie (książkowy „Nautilus” ogromnie wyprzedzał „raczkujące” podwodne jednostki z czasów autora).
Amerykański program napędu jądrowego Podczas gdy marynarka wojenna III Rzeszy znacznie rozwinęła technologie okrętów podwodnych i kilku innych rodzajów broni, niemiecki program atomowy nie rozwijał się sprawnie i Niemcom nie udało się osiągnąć sukcesów w tej dziedzinie. Niemiecki program nuklearny doprowadził jednak do rozpoczęcia przez Stany Zjednoczone własnego tajnego programu atomowego, pod kodową nazwą „Manhattan Engineer District” – znanego dziś bardziej jako projekt Manhattan – i powrotu zainteresowania napędem atomowym dla okrętów.
Początki programu atomowego Kiedy w 1938 Otto Hahn i Fritz Strassmann odkryli zjawisko rozszczepienia jądra atomowego, możliwość uwolnienia gigantycznej ilości energii wywołała ekscytację naukowców na całym świecie. Jednym z nich był dr George Pegram z Uniwersytetu Columbia – jeden z wiodących fizyków w Stanach Zjednoczonych. W 1939 Pegram zwrócił się do adm. Harolda G. Bowena, szefa Biura Inżynieryjnego Pary amerykańskiej marynarki wojennej – nadzorującego laboratorium badawcze Naval Research Laboratory (NRL) – z prośbą o spotkanie z naukowcami marynarki w celu przedyskutowania możliwości praktycznego wykorzystania rozszczepienia uranu. Skutkiem tego spotkania było powstanie planów napędu nuklearnego dla okrętów United States Navy. Jednym z uczestników tego spotkania był dr Ross Gunn, innowator i szef działu mechaniki laboratorium elektrycznego. Gunn wystąpił do adm. Bowena o przyznanie funduszu w wysokości 1500 dolarów na rozpoczęcie prac nad fenomenem rozszczepienia. Środki te zostały przyznane i stanowiły pierwsze 1,5 tysiąca dolarów wydane przez Stany Zjednoczone na program nuklearny. Po przeprowadzeniu wstępnych badań Gunn sporządził pierwszy raport dla marynarki wojennej na temat napędu nuklearnego okrętów podwodnych. Raport ten wyprzedził o cztery miesiące skierowany do prezydenta Franklina D. Roosevelta słynny list Alberta Einsteina, wzywający do rozpoczęcia przez ten kraj programu konstrukcji broni jądrowej. 1 czerwca 1939, w swoim memorandum skierowanym do dyrektora Naval Research Laboratory, Gunn stwierdził, iż okrętowa siłownia atomowa nie będzie wymagała tlenu, znacznie też zwiększy zasięg i możliwości bojowe okrętów podwodnych. Zapowiedział również, że zespół programu napędu nuklearnego będzie musiał zmierzyć się z wieloma problemami i niewiadomymi, przede wszystkim odkryć sposób separacji lekkich atomów U235, które w trakcie bombardowania neutronami pochodzącymi z ciężkich atomów uranu, ulegną rozszczepieniu. Po sporządzeniu tego raportu, Gunn skupił się głównie na rozwiązaniu problemu uranu.
Naval Research Laboratory zaprosiło do udziału w programie wiele cywilnych ośrodków akademickich i badawczych z zadaniem opracowania praktycznej metody separacji nieuchwytnego izotopu U235. Od stycznia 1941 zaczął nad tym problemem pracować także Philip Abelson z Carnegie Institution for Science. W lipcu tego samego roku Abelson został pracownikiem Naval Research Laboratory, gdzie wraz z Gunnem opracował relatywnie prostą i skuteczną metodę separacji izotopu U235.
Podczas gdy US Navy i inne amerykańskie instytucje stawiały pierwsze kroki ku erze atomowej, amerykańskie społeczeństwo poznawało pierwsze szczegóły potencjału energii atomowej. W 1940 pisarz naukowy William Laurence opublikował w Saturday Evening Post artykuł na temat „odkrycia nowego źródła energii, miliony razy większego niż wszystko znane na ziemi”. Po dokonaniu opisu dotychczasowych badań w tym zakresie, Laurence napisał: „jest mało prawdopodobne, aby tego rodzaju energia dała się wykorzystać w eksplozji”. W nieco naiwnej propozycji napisał też: „pięciofuntowa [2,26 kg] bryła [uranu] z 10–50% czystości będzie wystarczająca do przepłynięcia przez pasażerskiego liniowca lub okręt podwodny tam i z powrotem przez siedem mórz bez ponownego zaopatrywania w paliwo przez miesiące”.
Wraz z rozwojem wydarzeń wojennych w Europie, Stany Zjednoczone zaczęły obawiać się rozwijanego przez Niemcy programu atomowego, w związku z czym – wraz z Wielką Brytanią – podjęły wspólny program budowy bomby atomowej pod kodową nazwą „Manhattan Engineer District” (projekt Manhattan). Program ten spowodował praktycznie zatrzymanie prac marynarki nad napędem jądrowym, jednak wyniki przeprowadzonych na małą skalę prac Gunna i Abelsona w Filadelfii zostały natychmiast przejęte przez projekt Manhattan i zaadaptowane do wykorzystania na skalę masową w Oak Ridge National Laboratory w stanie TennesseeDwa dni po kapitulacji Japonii, w 1945, Gunn i Abelson za odkrycie procesu separacji uranu zostali odznaczeni Distinguished Civilian Service Award..
Program powojenny W sierpniu 1944 szef projektu Manhattan, generał Leslie Groves, powołał pięcioosobowy komitet w celu określenia potencjalnych możliwości niedestrukcyjnego użycia energii atomowej. Przewodniczącym komitetu został długoletni dziekan California Institute of Technology i szef doradców naukowych generała Grovesa dr Richard S. Tolman. Innymi członkami komitetu zostało dwóch cywilów oraz dwaj oficerowie marynarki: kontradmirał Earle W. Mills – asystent szefa Bureau of Ships (BuShips), powstałego z połączenia Biura Inżynieryjnego Pary z Biurem Konstrukcji i Napraw – oraz kapitan Thorwald A. Solberg (także z BuShips). W sierpniu tego samego roku członkowie komitetu spotkali się w Naval Research Laboratory z Gunnem i Abelsonem, którzy przekonywali, że program napędu jądrowego powinien uzyskać najwyższy priorytet w sporządzanym przez komitet raporcie. W grudniu 1944, siedem miesięcy przed pierwszą próbą atomową, komisja sporządziła swój formalny raport, w którym zaznaczyła: „rząd powinien rozpocząć i wspierać pilny projekt oraz studia badawczo-rozwojowe zmierzające do zapewnienia energii ze źródeł nuklearnych dla okrętów marynarki”.
Rok później, po zakończeniu wojny, Senat Stanów Zjednoczonych powołał Specjalną Komisję Energii Atomowej, przed którą zeznania składał Ross Gunn. W swoim oświadczeniu Gunn stwierdził, że najważniejszym zadaniem energii atomowej jest obracać koła Ziemi i napędzać okręty. Już pod koniec tego samego roku sprawą napędu nuklearnego zajmowało się wielu amerykańskich uczonych i inżynierów, którzy rozważali możliwość budowy okrętów podwodnych napędzanych energią jądrową.
W datowanym na 19 listopada 1945 raporcie marynarki (sporządzonym faktycznie przez Gunna i Abelsona) wymieniono znane zalety i wady napędu nuklearnego dla okrętów podwodnych: nieograniczony zasięg możliwość prowadzenia nieprzerwanych wielotygodniowych operacji podwodnych przy zachowaniu dobrych warunków życia załogi wysoka prędkość podwodna i nawodna brak konieczności uzupełniania paliwa w morzu – czynność dokonywana raz do roku brak potrzeby ładowania ogniw elektrycznych lepszy stosunek ilości energii do tej samej masy i rozmiarów brak potrzeby wynurzania na powierzchnię lub korzystania z chrap w celu ładowania baterii kontrola i obsługa zbliżona do stosowanej na okrętach z tradycyjnym napędem czystość okrętów (np. brak oleju napędowego) brak konieczności przeprojektowania układu okrętów, z wyjątkiem przedniej części, gdzie zamierzano zainstalować reaktor łatwiejsze operacje niż przy użyciu okrętów z napędem Diesla prawdopodobnie niezawodna obsługa siłowni.
Raport wskazywał także dwie wady tego rodzaju napędu: z powodu „trującego środowiska” sekcja reaktora nie może być dostępna dla ludzi, zatem konieczne jest zdalne sterowanie brak możliwości dokonywania napraw w przedniej części okrętu (reaktor) w morzu (naprawy tej sekcji mogą być dokonywane jedynie w specjalnej stoczni).
Po zakończeniu wojny Gunn z Abelsonem posłużyli się planami niemieckich okrętów podwodnych typu XXVI przy opracowywaniu schematu okrętów podwodnych mieszczących stos i reaktor przy jedynie minimalnych zmianach ich konstrukcji. W większej mierze prace te nie doprowadziły do dających się zastosować w praktyce rozwiązań, głównie z powodu zbyt małej wiedzy na temat konstrukcji nuklearnego stosu i reaktora. Zapożyczyli jedynie ideę użycia stopu sodu i potasu do transferu ciepła z reaktora do turbiny parowej. Raport o tytule „Atomic Energy Submarine”, zawierający m.in. rezultaty tych prac, został przedstawiony marynarce w marcu 1946 roku i od razu został zauważony przez oficerów US Navy. Zawierał on między innymi konkluzję: Odkrycia techniczne dokonane w Naval Research Laboratory wskazują, że przy właściwie prowadzonym programie niezbędne będą jedynie dwa lata dla opracowania okrętu podwodnego napędzanego energią atomową, mechanicznie zdolnego do operowania z prędkościami 20 do 30 węzłów w zanurzeniu, bez konieczności wynurzenia lub uzupełniania paliwa przez wiele lat. Natomiast w ciągu pięciu do dziesięciu lat jesteśmy w stanie opracować okręt podwodny zdolny do operowania z dwukrotnie wyższą od wskazanej prędkością podwodną. Abelson wskazywał w swoim raporcie na konieczność współpracy marynarki z Manhattan Engineering District, co umożliwi konstrukcję okrętów podwodnych napędzanych energią atomową zdolnych do operacji na głębokości 1000 stóp [305 m], stanowiących idealną platformę przenoszenia pocisków rakietowych wyposażonych w ładunki jądrowe. Abelson z Gunnem, spotykając się z ponad trzydziestoma wysoko postawionymi oficerami marynarki, prowadzili w US Navy swoistą kampanię na rzecz wdrożenia napędu nuklearnego. Niezależnie od ich działań, kmdr ppor. (?) Charles N.G. Hendrix z Biura Badań Naukowych i Innowacji (w późniejszym czasie Office of Naval Research) w czternastostronicowym memorandum przedstawił trzy możliwe typy przyszłych okrętów podwodnych: małe szkoleniowe okręty podwodne; średniej wielkości okręty myśliwskie (1200 do 1500 ton wyporności); wielkie okręty rakietowe (2400 do 3000 ton), przeznaczone do przenoszenia odpalanych z powierzchni pocisków rakietowych z głowicami jądrowymi.
Przedstawiony w tym opracowaniu okręt myśliwski został zaprojektowany do pływania podwodnego z prędkością 20 do 25 węzłów i operacyjną głębokością zanurzenia do 2000 stóp (610 m), a także doskonałą manewrowością. Założono, że zarówno okręt myśliwski, jak i rakietowy, napędzane będą przez siłownię nuklearną. Memorandum przedstawiało także szkice tych okrętów wraz z ich siłownią oraz opisem, były to jednak głównie rozważania teoretyczne oraz naukowe przypuszczenia. Mimo że prowadzona przez Gunna i Abelsona promocja napędu nuklearnego znajdowała wielu zwolenników w marynarce, nie były jednak w tym czasie prowadzone jakiekolwiek prace inżynierskie nad nowym rodzajem napędu.