L’USS Nautilus (SSN-571), second sous-marin de l'US Navy à porter ce nom après l', est le premier sous-marin nucléaire d'attaque et le premier navire à propulsion nucléaire de l'histoire.
Historique gauche|vignette|Lancement du Nautilus le 21 janvier 1954. La conception du Nautilus remonte à avec le lancement du projet SCB 64, visant à concevoir le premier sous-marin à propulsion nucléaire. L'ensemble du projet était supervisé par le capitaine Hyman Rickover, qui sera par la suite reconnu comme le "Père de la marine nucléaire".Fort de son expérience dans la navigation sous-marine et de ses travaux à la division des réacteurs navals à la fin des années 1940, il était convaincu qu’un réacteur nucléaire devait être développé pour les sous-marins.
Cependant, ses supérieurs hiérarchiques dans la Marine ne partageaient pas son avis. Déterminé, Rickover contourna leur opposition en obtenant le soutien de l’amiral Chester Nimitz, alors chef des opérations navales, ainsi que du secrétaire à la Marine, John L. Sullivan. La marine américaine, habituée à opérer sur de longues distances, fut rapidement séduite par la propulsion nucléaire, qui promettait de réduire les besoins en carburant, simplifiant ainsi la logistique des flottes en mer. Il bénéficia également du soutien du représentant Henry M. Jackson, futur sénateur, qui partageait sa vision d’une Marine nucléaire comme élément clé de la défense nationale.
Cette avancée technologique fut rendue possible par le développement d'un réacteur nucléaire, conçu par une équipe de scientifiques et d'ingénieurs, dont Philip Abelson, au sein de la Commission de l'énergie atomique. Le Nautilus sert de modèle pour la construction de la première centrale électronucléaire, le réacteur nucléaire de Shippingport, qui produisit de l'énergie de jusqu'en 1982.
Construction gauche|vignette|Installation d'essai a terre du réacteur du Nautilus dans l'Idaho. En , le Congrès américain autorisa la construction du Nautilus, et en décembre de la même année, la Marine annonça que ce sous-marin, portant le numéro de coque SSN-571, serait le sixième navire à porter ce nom, ainsi nommé en hommage au Nautilus de Jules Verne. Son réacteur nucléaire est entièrement d'origine américaine, la conception de sa coque, en revanche, s'inspirait du sous-marin allemand de type XXI, considéré comme la technologie sous-marine la plus avancée de la Seconde Guerre mondiale. Cette conception influença d'ailleurs plusieurs modèles de sous-marins d'après-guerre, notamment les classes Whisky soviétique et Porpoise britannique.
Sa quille fut posée le au chantier naval Electric Boat à Groton, Connecticut, en présence du président Harry S. Truman.
Les essais du système de propulsion du Nautilus ont été réalisés à l’aide d'une installation à terre comprenant un réacteur nucléaire identique a celui installé sur le Nautilus, sur le site d’Argonne, à Arco, dans l’Idaho, pour servir de modèle d’entraînement aux futurs équipages de la marine américaine. Afin de recréer des conditions réalistes, ce réacteur prototype a été intégré dans une fausse coque de sous-marin reproduisant les installations du Nautilus, incluant sa timonerie et son poste de commandement. Cette installation simulait une navigation continue, bien que stationnaire, permettant aux ingénieurs et officiers d’observer et d’optimiser le fonctionnement du réacteur. Selon Time Magazine, ces essais ont dépassé toutes les attentes, confirmant la fiabilité et l’efficacité du système de propulsion nucléaire, sous la supervision de l’amiral Rickover, principal architecte du projet.
Après 18 mois de construction, le Nautilus fut lancé le par Mary Geneva Eisenhower, première dame des États-Unis d'Amérique. Il entra officiellement en service le , avant d'être intégré aux forces opérationnelles de la marine des États-Unis en 1955.
Essais en mer gauche|vignette|Le Nautilus naviguant en surface en 1955. Le Nautilus réalise sa première sortie en mer le , depuis le chantier naval Electric Boat de Groton dans le Connecticut. Grâce à l'énergie nucléaire, le sous-marin pouvait naviguer en immersion prolongée sans avoir besoin de faire surface régulièrement pour recharger ses batteries ou s'approvisionner en oxygène. Lors des essais du Nautilus puis du , l'US Navy est stupéfaite par les performances tactiques de ses deux premiers prototypes de sous-marins nucléaire d'attaque :Les premiers essais, en , dépassent les prévisions les plus optimistes. Le Nautilus échappe facilement au groupe du porte-avions anti-sous-marin qui le traque et aux torpilles qui sont tirées sur lui. Les évaluations opérationnelles concluent qu'un sous-marin nucléaire d'attaque pourrait détruire huit bâtiments de surface, dont le porte-avions, avant d'être lui-même neutralisé. Entre 1955 et 1957, le Nautilus subit plus de cinq mille attaques et n'est « détruit » qu'à trois reprises. Ses chances de survie sont cent fois supérieures à celles d'un bâtiment conventionnel.[…] Ces remarquables résultats justifient l'abandon immédiat de la construction des sous-marins conventionnels, nonobstant le coût trois fois supérieur d'un sous-marin nucléaire.[…]
Le Seawolf va néanmoins être confronté au Nautilus dans des essais destinés à évaluer les performances d'un sous-marin nucléaire contre un autre sous-marin nucléaire. Ils semblent impuissants l'un contre l'autre. À grande vitesse ils se détectent de loin mais la portée insuffisante des torpilles interdit l'engagement. À faible vitesse, ils se détectent à courte distance mais peuvent s'échapper avant que la direction de lancement des torpilles ait pu calculer une solution de tir. Le risque de se torpiller soi-même n'est pas nul si le sous-marin monte en vitesse pour chasser son congénère. Le , le Nautilus atteint son soixante-millième mille marin (soit ) en plongée, correspondant aux « vingt mille lieues » du roman de Jules Verne.
Traversée du pôle Nord En 1931, Sir Hubert Wilkins et Harald Sverdrup réalisèrent la première tentative d’exploration de l’océan Arctique à bord d’un sous-marin, également nommé Nautilus, adapté pour évoluer sous la banquise. En 1956, après un vol d'observation au-dessus de la banquise arctique avec l'US Air Force, le sénateur Henry M. Jackson adressa une lettre au chef des opérations navales, Arleigh Burke, pour s'enquérir de la faisabilité d'une navigation sous la glace avec le Nautilus. Cette demande initia une série d'événements aboutissant à la planification d'une expédition au pôle Nord.Avec le développement des sonars et des systèmes de navigation inertielle, la marine américaine envisage, cette fois avec un sous-marin nucléaire, une nouvelle tentative d’exploration arctique.
Première tentative À l’automne 1956, la marine américaine entreprit l’adaptation du Nautilus en vue de sa navigation sous la banquise arctique, bien que ce sous-marin ait été conçu pour évoluer en mer libre. Afin de préparer cette mission, des équipements et instruments spécifiques furent installés à bord. Un sonar à vision vers l’avant fut monté sur le pont pour détecter la glace en surface. Ce dispositif comprenait cinq sondeurs répartis le long du sous-marin, opérant sur une bande de fréquence de 19 à 26 kHz, permettant d’obtenir une représentation du profil de la glace. En complément, des systèmes de navigation améliorés furent intégrés, notamment un gyrocompas Mark 19 Sperry Master et un enregistreur de hauteurs astronomiques sur le périscope de type VIII-A. Un gyrocompas auxiliaire Sperry Mark 23, ainsi que divers instruments de secours, dont deux sextants à bulles, un gyrocompas manuel et un gyrocompas directionnel aéronautique, furent également ajoutés. Ces modifications visaient à optimiser la navigation et à assurer la sécurité du Nautilus lors de son exploration sous la glace.
Commandé par William R. Anderson, le Nautilus quitta New London le et atteignit la mer du Groenland, où il fit surface le à 79° N, 05° E. En route, une visée radar fut réalisée sur l’île de Jan Mayen. Après avoir localisé la banquise 30 milles plus au nord, le sous-marin plongea à 92 mètres et avança sous la glace à 12 nœuds. Lors d’une tentative de remontée dans une polynie, il heurta un bloc de glace flottante, endommageant son périscope. Le Nautilus, non conçu pour la navigation arctique, présentait des superstructures en aluminium incapables de résister aux chocs verticaux. Après une réparation improvisée du périscope endommagé, une seconde traversée sous la glace débuta le à 108 mètres de profondeur et à 12 nœuds vers le nord. Le , après avoir parcouru 360 milles sous la banquise, une panne électrique temporaire affecta les gyrocompas, compromettant la navigation. Pour estimer la position du sous-marin, l’équipage dut se fier au cap du gyrocompas et à la distance mesurée par le compteur de tours d’hélice, une méthode ancienne de navigation sous-marine. Sous la banquise, sans moyen de recalage précis, le Nautilus poursuivit sa route vers le nord en suivant le cap donné par le gyrocompas Mark 23. Après six heures, la stabilisation du gyrocompas principal permit de faire demi-tour et de mettre le cap au sud. En analysant les variations de température de l’eau et les caractéristiques de la glace, l’équipage ajusta la trajectoire vers le sud-est, atteignant la mer libre le . L'objectif initial de la mission ne fut pas atteint, mais cette plongée de 74 heures sur 962 milles démontra la supériorité du sous-marin nucléaire en milieu arctique.
Opération Sunshine gauche|vignette|Trajet du Nautilus (SSN-571) lors de sa croisière submergée vers le pôle Nord en 1958. En , la marine américaine planifia l’envoi de deux sous-marins nucléaires dans l’océan Arctique, le Nautilus, destiné à traverser la région depuis le détroit de Béring jusqu’au Spitzberg, et le , chargé d’atteindre le pôle Nord depuis l’Atlantique avant de revenir. Afin d’intégrer les enseignements de la première tentative de navigation sous la glace, plusieurs modifications furent apportées au Nautilus. Le massif et le pont furent renforcés afin de mieux résister aux chocs avec la banquise, et l’alimentation électrique des gyrocompas Mark 19 et Mark 23 fut améliorée. Une centrale inertielle, conçu à l'origine pour la navigation des missiles, fut installée pour compléter les systèmes de navigation existants, et un sonar de profil de glace à haute résolution fut ajouté pour affiner la détection des irrégularités de la banquise. De plus, le sonar à balayage fut modifié afin de produire un faisceau plus étroit (2°), permettant une meilleure mesure des variations du tirant d’eau des glaces, adaptées à la vitesse élevée du sous-marin sous la banquise. En raison de la nécessité de traverser les mers peu profondes de Béring et de Chukchi pour rejoindre l’océan Arctique, le Nautilus devait être équipé d’un sonar à balayage spécifique.