空间核热推进技术是指利用反应堆堆芯的热量直接加热输送到反应堆内的推进剂（一般是氢气），再使之从喷嘴膨胀喷出，从而产生推力推动航天器的技术。美国和俄罗斯上个世纪都曾对空间核热推进技术开展大规模的研究开发，取得了巨大的技术成果，达到了较高的技术成熟度。
美国上世纪90年代以来开展空间核技术实验研究的规模较小，力度较弱。最近，在包括核热推进在内的多种先进推进系统开发上，美国都加大了力度。目前，美国航空航天局（NASA）和能源部（DOE）的多家实验室正着手开展核热火箭（NTR）及相关部件的实体试验，近期工作的重点将是为设想中的2020年左右开展可缩放核热火箭地面试验与飞行试验做准备。再下一步的目标则是开发一种核火箭发动机，用于载人小行星探索以及最终的载人火星探索。
着力开展五项工作推动核热推进技术开发
美国在核热推进领域具备广泛的历史试验基础。目前，适于载人用途的现代NTR的开发工作属于NASA 2011财年预算“先进太空推进”下的“探索技术开发与示范计划”。为了启动研究，NASA将把重点放在五项任务上，为地面技术示范做准备。
第一项任务是概念建设。NASA将根据NTR的当前状况，确定除了目前规划的工作外，还需开展哪些工作才能把技术推动到可接受的水平上。该项工作将成为实体试验的指导原则，并确定试验活动的优先排序，从而将开展研究的回报最大化。其关注的是如何把一个可地面测试的NTR放大（或缩小）成为可以飞行测试并用于载人任务的NTR。
第二项任务将是对现代NTR使用的堆内材料开展详细的评价。NASA将在上世纪70年代开展的广泛研究的基础上开发一种新的燃料制造系统并完成大量试验以选择最终燃料形式。目前竞争的两种燃料是1970年代为NTR开发的NERVA石墨燃料以及一种晚近开发的钨金属陶瓷燃料。这两种燃料都包含铀，能承受2500 K以上的温度以及发射时的应力。为了理解燃料在各种条件下的行为，NASA正在马歇尔空间飞行中心建造试验设施“NTR元件环境模拟器”，从而为燃料开发提供至关重要的非核试验。
第三项任务是对可地面测试的NTR开展核与热流体方面的概念分析。这项分析能够得出用来设计和建造NTR的计算机模型，还能在实体原型装置建成以前发现和纠正绝大部分的概念问题，从而大幅度地节省经费。这一领域针对现代NTR的许多工作已经完成，计算机代码涵盖的范围和可用的专业经验都很广泛。
第四项任务将是开发NTR试验设施。该设施将采用“地表以下主动过滤排气”（SAFE）方案。该方案将利用内华达试验场的地下钻井，与上世纪70年代的开放空气试验方法不同，将把NTR的排气喷到地下钻井中。由于反应堆运行时间短，放射性裂变产物数量已经很低，但SAFE方案还将对冷却剂流体中产生和释放的放射性产物给予更有力的控制。为启动SAFE试验设施开发，NASA将在钻井开展热气注入试验，以达到冲积层（多孔岩石）滞留和过滤放射性材料的效果。
最后一项任务是制定在地面试验和飞行试验完成后NTR开发的概念计划。该计划的目的是保持NTR的技术水平，从而使系统在多年后保持可用。
启动“核低温推进级项目”评价核推进技术可行性
NASA 2011年10月启动为期3年的“核低温推进级项目”（NCPS）。该项目是在核热火箭元件环境模拟器（NTREES）上开展非核试验，目标是评价核热推进技术的经济可承受性和技术可行性。其设想了“核低温上面级”的液态氢推进剂在发射时被冷却到超低温，并在航天器到达安全轨道后才启动，推动航天器飞往遥远目的地。
该项目由一个约50人的大型团队开展，并有小额的硬件采购与实验费用。该项目主要内容包括：NCPS预概念设计与架构整合；开发大功率（～1 MW）核热火箭元件环境模拟器（NTREES）；NCPS燃料设计与试验；在NTREES上开展NCPS燃料试验；经济可承受NCPS的开发与鉴定策略以及第二代NCPS概念。NASA认为，NCPS项目取得的进展将推动核热推进与核电推进技术的发展。
NCPS预概念设计与架构整合
NCPS将与空间发射系统（SLS）相整合，并调动目前正为SLS开发的技术和配置。NCPS设计的重点将是，确保最大程度地有利于载人火星任务，尽管该技术将具备大量其他用途。NCPS的两种主要候选燃料是钨合金陶瓷和复合材料燃料，二者都有广泛的开发历史。
开发大功率核热火箭元件环境模拟器
NCPS的主要风险是稳定燃料形式的开发。燃料在热气体环境中的质量损失对燃料的寿期与性能具有很大限制。因此，1 MW核热火箭元件环境模拟器（NTREES）试验室的建成是NCPS的主要里程碑项目。NTREES设施还包括一个电弧加热器和一个紧凑热氢气试验室，其目的是开展核热火箭燃料元件和燃料材料的真实环境非核试验。1 MW NTREES试验室在全面运行后，就能对燃料元件和材料展开试验，流动氢气压力可达1000 psi，温度能超过3000 K，通道功率密度接近原型堆。
NTREES设施已获得对含有贫化铀的燃料进行试验的许可证。设施安装的一套高温计用于测量燃料温度曲线，一台质谱仪用于评价燃料性能并评估试验期间燃料元件的潜在材料损失。NTREES的推进剂来自于设施外部的贮气拖车，能实现任何时间长度的连续、不间断试验。NTREES设施还包括电弧加热器，能让温度高达3160 K的氢气流经材料或燃料样品约达30分钟，这对预先检查材料样品特别有用。另外，还有一个能够开展高温燃料样品试验的紧凑试验室。
该项目还将对NTREES内的能量沉积与热传输过程以及对材料力学和流体/材料相互作用产生详细理解，从而更好地改进未来试验条件，获得尽可能多的信息，以便精确地将非核试验的数据外推到真实反应堆条件下。
NCPS燃料设计/制造
早期的燃料材料开发对未来探索计划的需求核实以及技术、费用、进度风险最小化来说至关重要。NASA和DOE已经联合开展了多个核电源与推进技术项目，而这一合作将在NCPS项目继续下去。
这部分的工作重点是钨金属陶瓷和复合材料燃料。现代制造技术（热等静压和脉冲电流）将被用来示范良好潜在性能金属陶瓷元件的制造。复合材料燃料元件制造的重点是包覆材料，以防止燃料在高温流动氢气环境下的损失，并使可允许的运行温度达到最高。其他ROVER/NERVA计划期间开发和试验的燃料也将得到评估，包括碳化物燃料和含小球的石墨燃料。
NCPS燃料在NTREES中试验
NTREES试验的范围从燃料样品试验（利用小试验室）到接近原型的燃料元件试验。试验的主要目的是论证燃料性能的充分性，提高在核试验以前对燃料系统设计的信心（如材料、包覆和几何）。
经济可承受NCPS开发与鉴定策略
这部分工作的重点是确保NCPS整体的经济可承受性。NCPS的开发和鉴定试验是潜在的成本动因，需要强调的潜在策略至少有两个。第一是利用内华达试验场现有的钻井对核热火箭发动机开展灵活的和经济可承受的试验。第二是利用高度仪表化的示范飞行，包括对NCPS发动机进行大量运行后检查的可能性。这两种策略都有显著降低费用的前景。
第二代NCPS概念
项目组将设计并评估潜在第二代NCPS概念。现代材料和制造技术将使NCPS比冲超过1000 s（第一代为900 s以上），并有较高的推力-重量比。采用变革性的全新设计方法还将得到更高的性能指标。这项任务下开展的工作将设计新概念，并考虑近期材料和技术方面的进展，对现有概念进行再评估。这部分工作还将探索利用裂变系统独特属性的新方法，这类方法包括直接利用太空中的挥发性物质作为NTP推进级，这项任务还将纳入极高性能双模式核热与核电推进（BNTEP）的系统概念。
