En juillet 1946, North American Aviation et Douglas Aircraft remettaient chacun un rapport secret sur leurs études internes pour la propulsion nucléaire à l’US Air Force. Ces rapports de référence indiquaient le moteur-fusée nucléaire "à transfert thermique" (où un réacteur chauffe un fluide de fonctionnement) comme la forme la plus prometteuse de propulsion nucléaire.

Un tel système de propulsion pouvait, en principe, être incorporé à un ICBM pour lancer les ogives nucléaires à travers le globe. Mais en dépit du rapport enthousiaste et des promesses technologiques, on a identifié qu'il restait beaucoup de problèmes techniques qui devait d’abord être résolus. Indépendamment de ces rapports secrets, un groupe d'ingénieurs du Applied Physics Laboratory de la Johns Hopkins University ont publié les résultats de leurs propres études en janvier 1947.

En 1948 et 1949, deux britanniques, A.V. Cleaver et L.R. Shepherd, ont également édité une série d’articles dans le journal de la société interplanétaire britannique sur le même sujet. Un peu avant que cette série d’article ait été éditée, un scientifique chinois nommé H.S. Tsien (qui plus tard a dirigé le programme chinois d’armes nucléaire) a présenté un exposé au Massachusetts Institute of Technology au sujet des fusées thermiques nucléaires.

Dans toutes ces études, la conclusion était que la propulsion nucléaire semblait viable. Etant donné le nombre de personnes qui sont arrivées indépendamment aux même conclusions, il était clair que l’US Air Force n'aurait pas le monopole dans les études de la propulsion nucléaire. Mais tout cet enthousiasme pour les fusées nucléaires a été tempéré par un rapport technique ultérieur de North American Aviation. Ce rapport concluait qu'un ICBM propulsé par un moteur fusée nucléaire ne serait pas d’utilisation pratique. Les scientifiques de North American estimaient que le réacteur d'une fusée nucléaire devrait fonctionner d'une manière continue à la température fantastique de 3200°C, beaucoup plus que pour les réacteurs existants alors.

Aucun matériau connu ne pouvait résister à de telles températures et conserver les propriétés mécaniques nécessaires dans un moteur. Avec ceci et d'autres problèmes identifiés, l'intérêt pour les fusées nucléaires s'est ralenti sensiblement pendant que les années 50 commençaient.

Kiwi-A était une série de réacteurs d'essai qui emploieraient l'hydrogène comprimé pour réaliser des études au sol des éléments de moteurs fusées nucléaires. Le combustible, du carbure d’uranium, serait placé à l'intérieur d'un noyau de graphite qui pourrait fonctionner à températures élevées (3000°C). Le graphite pouvait supporter des températures jusqu'à 3300°C avant de commencer à perdre ses propriétés mécaniques, mais c'était également un excellent modérateur qui pourrait ralentir la production des neutrons par fission.

Mais avant même que le premier Kiwi-A ait été construit, il y avait déjà des changements de programme. Vers la fin 1957, il était devenu évident aux yeux des planificateurs de l’US Air Force que le missile Atlas fournirait aux USA une capacité ICBM sans recourir aux technologies exotiques comme les moteurs-fusées nucléaires. Le programme de moteur-fusée nucléaire en gestation serait mort une deuxième fois sans le lancement de Spoutnik le 3 octobre 1957.

La première mise à feu du réacteur Kiwi-A a eu lieu en juillet 1959 à la Nuclear Rocket Development Station de Jackass Flats, Nevada (à 145 kilomètres de Las Vegas). Le moteur a fonctionné avec succès pendant cinq minutes en produisant une puissance de 70 mégawatts tout en atteignant une température de 1500°C. En 1959 et 1960, deux réacteurs supplémentaires Kiwi-A ont été testés avec succès. Un début prometteur vers la prochaine étape: Kiwi-B.

En 1965, la Nasa commence à travailler sur un réacteur expérimental de grande puissance, le Phoebus 1-A. En février 1966, un autre progrès important est obtenu avec le premier réacteur de la série NRX, qui fonctionne pendant 110 minutes, dont 2 min à plus de 1100 MW, puissance électrique des plus grosses tranches de centrales nucléaires actuelles ! Pour la première fois, les turbopompes amenant l'hydrogène ne sont pas isolées du réacteur par du béton, mais directement intégrées sur le bâti même de celui-ci comme sur un vrai lanceur.

A la fin de l'année 1969, les Américains peuvent ainsi se vanter d'avoir résolu les principaux problèmes techniques posés par la mise au point d'une fusée nucléaire, qu'il s'agisse de l'alimentation en propergol par turbopompe, de la stabilisation de la réaction en chaîne, de l'arrêt et du réallumage du propulseur, de la tenue des matériaux dans la chambre de combustion et la tuyère, de l'électronique de contrôle et de guidage, de l'évacuation de la chaleur excédentaire et de la protection contre les rayonnements.

La mise au point d'un Nerva opérationnel (d'une poussée de 34 tonnes) et son assemblage comme étage supérieur sur une fusée Saturne 5 apparaissent alors possibles a brève échéance. Mais, à la surprise générale, le programme est brusquement interrompu en 1972, alors qu'un propulseur Nerva 2 de 90 tonnes de poussée, d'une puissance de près de 5000 MW, est en cours de mise au point.

Les spécialistes américains ont en tout cas franchi beaucoup de barrières technologiques et étaient sur le point après dix ans d'essais, de disposer d'un propulseur opérationnel. Le champ de tir de Jackass Flats est fermé en 1973 avant d'être tout aussi mystérieusement réouvert en 1991. Mais au centre nucléaire de Los Alamos, les études théoriques n'ont jamais vraiment cessé...

Pour l'expédition habitée définitive vers Mars, on envisageait un moteur NERVA 2 plus puissant, de 90.700 Kg de poussée. La poussée pouvait être bien plus petite que celle des grandes fusées chimiques parce que la mission commencerait sur orbite terrestre. Pour réunir les conditions nécessaires au voyage interplanétaire, les ingénieurs développèrent, une technologie de "blocs de construction" dans laquelle les modules de propulsion Nerva séparés pouvaient être groupés pour répondre à diverses exigences.

Pour des raisons de sécurité, on proposa de bâtir l'expédition vers Mars autour de deux vaisseaux de même plan. Un équipage de six hommes prendrait place dans chacun d'eux, dans des quartiers qui ne différeraient guère de ceux qui étaient envisagés pour les stations de longue durée.

Au moment prévu, les moteurs seraient remis en marche pour lancer les véhicules réarrimés sur une trajectoire courbe autour du Soleil. Celle-ci les amènerait près de Vénus de manière a obtenir une action de Freinage de son champ de gravitation, ce qui détournerait les navires vers une route qui rencontrerait la Terre sur son orbite. Après un voyage global de 640 jours, les deux navires, a nouveau séparés, basculeraient sur l'orbite terrestre le 14 août 1983. Les équipages seraient alors transférés dans des navettes spatiales pour rentrer chez eux.

Von Braun, qui avait joué un rôle déterminant dans la conception de la mission, proposa que les grands navires interplanétaires soient parqués sur orbite terrestre afin de pouvoir les utiliser pour d'autres missions après qu'on eut procédé a un nécessaire entretien et qu'on eût refait le plein d'hydrogène. Même les fusées accolées et larguées, estimait-il, devaient pouvoir être renvoyées en orbite pour être réutilisées.

Divers facteurs s'unirent pour empêcher le projet d'être pris sérieusement en considération. D'abord, le coût élevé d'une aventure qui. en 1969 semblait devoir atteindre les limites de la technologie. Ensuite, l'impact clé la guerre du Vietnam sur l'économie des Etat Unis. En troisième lieu l'avance des techniques d'exploration par robots qui promettait de fournir des informations de base sur Mars pour une petite fraction du coût envisagé.

Enfin, l'atténuation du défi soviétique d'être les premiers dans l'espace. (Si les Russes avaient été les premiers a atterrir sur la Lune. l'histoire aurait été très différente). En conséquence, le projet NERVA. pour lequel des millions de dollars avaient été dépensés fut abandonné.