thumb|upright=1.4|Vue d'artiste d'un vaisseau Orion selon les principes de conception de la NASA. Le projet Orion fut la première étude de conception d'un véhicule spatial mû par propulsion nucléaire pulsée, idée proposée par Stanislaw Ulam en 1947. Le projet, amorcé dans les années 1950, était mené par une équipe d'ingénieurs et de physiciens de General Atomics, comprenant quelques célébrités telles que le physicien Theodore Taylor. Sur la demande de Taylor, le physicien Freeman Dyson quitta pendant une année ses travaux universitaires pour diriger le projet. Ce fut le premier groupe de réflexion de la sorte depuis le projet Manhattan, la plupart des membres du projet Orion déclarent s'en souvenir comme les meilleures années de leur vie. De leur point de vue, l'humanité n'a jamais été aussi près qu'alors des voyages spatiaux à grande échelle.
En se basant sur l'énergie nucléaire, Orion aurait théoriquement permis d'obtenir à la fois une forte poussée et une importante impulsion spécifique, le Graal de la propulsion spatiale. En théorie, les performances offertes dépassaient de loin celles des meilleures fusées conventionnelles ou nucléaires alors à l'étude. L'objectif était de permettre les voyages interplanétaires à bas coût. Ses partisans en pressentaient les forts potentiels, mais le projet perdit son soutien politique à cause des inquiétudes au sujet des contaminations provoquées par la propulsion. Le traité d'interdiction partielle des essais nucléaires de 1963 mit fin au projet.
Historique Le concept de propulsion nucléaire pulsée fut imaginé en 1946 par Stanislaw Ulam, des calculs préliminaires furent faits en 1947 avec Frederick Reines puis formalisés mathématiquement en 1955 par Ulam et C. J. Everett dans un document qui introduit une version adaptée de l'équation de Tsiolkovski pour la propulsion pulsée, tout en restant évasif sur la mise en œuvre (le concept prévoyait l'éjection d'une masse propulsive entre les bombes et le véhicule et ne comprenait pas d'amortisseurs). Cette première étude amèna l'AEC à breveter le concept . Cette approche permet de concilier forte poussée, importante impulsion spécifique et grande densité énergétique, avec une relative simplicité technologique et une faisabilité à moyen terme.
Démarrage du projet En 1956, General Dynamics créa la filiale General Atomics dans le but de commercialiser la technologie nucléaire civile naissante. Son directeur Frederic de Hoffmann réussit à récupérer de nombreux physiciens qui avaient travaillé au LANL pendant la Seconde Guerre mondiale en leur proposant un contexte de travail inspiré de la Verein für Raumschiffahrt : de petites structures avec très peu de bureaucratie, plus ouverte à leurs visions personnelles. Parmi eux, Theodore Taylor et Freeman Dyson qui y développèrent le réacteur Triga. Ils se tournèrent ensuite vers leur rêve commun d'exploration pacifique du système solaire avec l'ambitieuse devise .
La faisabilité de la propulsion nucléaire pulsée avait été physiquement vérifiée en 1954 au cours de l'essai nucléaire INCA de la série opération Redwing dans l'atoll d'Enewetak. L'expérience « » conçue par Lew Allen consistait en deux sphères d'acier de de diamètre revêtues de graphite et contenant des matériaux à irradier, elles étaient suspendues à une dizaine de mètres de la charge de testée. Après l'explosion, les deux sphères furent retrouvées intactes à plusieurs kilomètres, démontrant qu'une structure bien conçue pouvait résister au feu nucléaire. Cette expérience fut renouvelée plusieurs fois lors de l'opération Teapot dans le désert du Nevada.
La campagne d'essais nucléaires permit de revérifier accidentellement la validité du principe lors du tir du . L'explosion confinée de la charge de faible puissance provoqua l'éjection d'une trappe en acier de , à six fois la vitesse de libération d'après les calculs de R. R. Brownlee, responsable de test. La plaque ne fut jamais retrouvée, mais elle ne fut pas non plus le premier objet lancé par l'homme dans l'espace car il est certain qu'elle fut vaporisée par l'onde de choc ou par friction dans l'atmosphère. Néanmoins, cet événement étant survenu quelques semaines avant le lancement de Spoutnik 1, il suscita cette légende urbaine. Cet incident inspira le « projet Thunderwell », jamais initié, qui consistait à lancer un véhicule depuis un canon à vapeur constitué d'un puits inondé au fond duquel explosait une charge nucléaire.
thumb|upright=0.5|Première configuration d'Orion. La première conception prévoit un engin en forme d'obus de de diamètre par de hauteur. Le véhicule devait décoller depuis le site d'essais du Nevada et faire une ascension verticale pour minimiser la pollution atmosphérique. Entre le décollage et l'orbite, des bombes de puissances croissantes, de 0,1 à , devaient exploser à un intervalle de 1 à . Il pouvait ensuite emmener 150 personnes et des milliers de tonnes de fret dans un aller-retour vers Mars.
À l'ARPA À ce point de développement, il devenait impossible d'aller plus loin sans appui et financement gouvernemental. Or l'ARPA venait d'être créée à la suite de la crise du Spoutnik. Taylor soumit son projet en et reçut l'accord de l'agence en juillet avec un financement de 1 million dollars américains pour 10 mois. Le nom « Orion » date de cette époque.
Après la fondation de la NASA en , les projets spatiaux de l'ARPA furent partagés entre la NASA (projets civils) et l'USAF (projets militaires). Seul le projet Orion resta sous l'égide de l'ARPA : l'armée n'y voyait pas d'intérêt militaire et la NASA avait opté pour une exploration spatiale non nucléaire. Avec le financement de l'ARPA jusqu'en 1959, l'équipe du projet atteignit 40 membres.
Parmi les travaux entrepris, un démonstrateur fut construit : il s'agit d'un engin de de diamètre pesant et propulsé par des explosifs chimiques composés de RDX. Ce modèle réduit, dénommé ou effectua plusieurs vols jusqu'à d'altitude en à Point Loma, montrant que le vol impulsionnel pouvait être stabilisé.
Des expérimentations furent réalisées sur les problèmes d'ablation à l'aide de générateurs de plasma. Elles montrèrent que la plaque de poussée pouvait survivre sans refroidissement actif.
Mais le financement se heurta au scepticisme des gestionnaires qui considéraient le projet comme une . Dyson a rapporté l'argument suivant : . À la fin de 1959, l'ARPA décida que ce projet ne concernait plus la sécurité nationale et cessa de le financer.
À l'USAF Taylor chercha un nouveau financement auprès de l’US Air Force, mais rencontra les mêmes réactions sceptiques : . Un accord fut finalement trouvé à condition que le projet puisse déboucher sur une application militaire telle qu'une plateforme orbitale de lancement de missiles.
En pleines guerre froide et course aux armements, le directeur du Strategic Air Command, Thomas S. Power, fut séduit par le concept. Il commanda la réalisation d'une maquette d'un tel véhicule armé de nucléaires. Lors d'une visite de la Vandenberg Air Force Base par le président John F. Kennedy, la maquette lui fut présentée mais ne suscita pas du tout son enthousiasme. Désireux de ne pas porter la course à l'armement hors de l'atmosphère, il refusa de donner son appui politique au projet.
Le secrétaire à la Défense Robert McNamara réalisa que le projet ne pouvait pas avoir d'application militaire. Son ministère restreignit le budget aux seuls besoins d'études de faisabilité.
La réalisation d'un prototype devenait donc impossible au sein de l’US Air Force. Taylor et Dyson décidèrent de chercher une source de financement supplémentaire et la NASA était la dernière possibilité.
À la NASA Taylor prit contact avec le centre de vol spatial Marshall où étaient menées les principales recherches en propulsion spatiale. À cette époque, son directeur, Wernher von Braun, concevait les véhicules Saturn V destinés aux missions lunaires.
thumb|upright=1.4|Schéma montrant deux options envisagées pour la mise en orbite d'un Orion de par fusée Saturn : en 3 lancements sur des étages S-IC et S-II avec assemblage en orbite, ou hissé au-dessus de l'atmosphère par un seul étage S-IC avant allumage de la propulsion nucléaire. Afin de se conformer aux orientations de la NASA, le projet Orion fut repensé. Le lancement depuis la surface terrestre fut abandonné au profit d'un assemblage en orbite. Les dimensions furent réduites à un diamètre de afin que les modules puissent être mis en orbite par des Saturn V, ce redimensionnement eut pour effet de diminuer les performances à une impulsion spécifique (Isp) de à , bien en deçà des possibilités du concept, mais toujours meilleures que les autres systèmes de propulsion nucléaires envisagés. Deux ou trois lancements étaient nécessaires pour préparer le véhicule. Plusieurs profils de mission étaient proposés, notamment un aller-retour vers Mars en 125 jours avec et de charge utile.
Les prédictions d'évolutions ultérieures, moyennant un redimensionnement à la hausse, annonçaient une Isp de à et une poussée de 40 à .
Von Braun fut convaicu et soutint le projet avec détermination, mais ne put y rallier les dirigeants de la NASA plus sensibles aux risques d'accidents de lancement et aux craintes de l'opinion publique. Néanmoins, le service des vols habités consentit à financer une étude plus poussée.
La fin du projet En , la signature du traité d'interdiction partielle des essais nucléaires porta un coup funeste au projet, mais il était encore envisageable de négocier une exception dans le cadre d'applications pacifiques. Le projet Orion ne pouvait pas espérer de soutien politique car l'engouement pour la technologie nucléaire était retombé et avait fait place à l'inquiétude provoquée par la crise des missiles de Cuba et des rapports sur la contamination au strontium 90 provoquée par les essais nucléaires atmosphériques.
Il ne pouvait plus compter sur un soutien scientifique car le projet était classifié et peu de personnalités compétentes auraient pu plaider en sa faveur. Jim Nance, alors directeur du projet, tenta d'améliorer l'accès au projet en pressant l'USAF de déclassifier au moins les grandes lignes des travaux existants. En , il obtint l'autorisation de publier la description des premières versions du véhicule. Plusieurs documents relatifs à ce projet sont encore classifiés en 2011, notamment le volume II du rapport « Nuclear Pulse Space Vehicle Study » : Vehicle System Performance and Costs (qui contient le soutien de von Braun) et les documents sur la conception des unités de propulsion qui exposent les techniques de fabrication de petites charges nucléaires.
L'USAF avait conditionné le maintien de son financement à une participation significative de la NASA et lui reprochait sa timide contribution. La NASA était en effet mobilisée par le programme Apollo et annonça en la fin de son financement du projet Orion, entraînant donc le retrait de l'USAF et la fin du projet.
Le projet avait coûté jusqu'alors 11 millions USD sur sept ans. Il aurait pu conduire à la mise en service d'un module de de diamètre au bout de 12 ans de développement supplémentaires pour un coût de 2 milliards de dollars, montant qui semble très optimiste.
Héritage Occulté par le tumulte de la course à la Lune, le projet tomba dans l'oubli. Amer, Dyson écrira en 1965 que c'est .
thumb|Représentation stylisée d'un véhicule de type GABRIEL, version moderne de l'Orion. L'énergie de fission étant le mode de propulsion d'Orion, l'étape suivante est l'utilisation de la fusion nucléaire, beaucoup plus énergétique bien qu'assez peu productrice de particules chargées. Dyson publiera en 1968 les calculs pour une version thermonucléaire du concept avec l'ambitieux objectif de voyages interstellaires , mais l'approche de Dyson reste basée sur des bombes délivrant d'énormes impulsions et donc des véhicules de grandes dimensions.