USS Nautilus (SSN-571)
"Underway on nuclear power" > Operation Sunshine

Nhằm phản ứng với mối đe dọa của ICBM sau khi Liên Xô phóng thành công vệ tinh Sputnik, Tổng thống Mỹ Eisenhower đã ra lệnh cho Hải quân Mỹ thực hiện nhiệm vụ cho tàu ngầm tuần tra qua Bắc Cực nhằm cụ thể hóa khả năng đáp trả Liên Xô bằng tên lửa đạn đạo phóng từ tàu ngầm. Ngày 25/4/1958, tàu ngầm Nautilus di chuyển về bờ biển phía Tây, chỉ huy tàu là thuyền trưởng William R. Anderson. Sau khi dừng chân tại San Diego, San Francisco, và Seattle, ngày 9/6, USS Nautilus bắt đầu chuyến hải trình lịch sử-thực hiện chuyến thám hiểm dưới lớp băng Bắc Cực. Tên của chiến dịch này là "Operation Sunshine". Ngày 19/6, USS Nautilus đã đi vào vùng biển Chukchi nhưng không buộc phải quay lại do các tảng băng trôi trong vùng biển nông. Ngày 28/6, nó cập bến Trân Châu Cảng và đợi cho đến khi băng tan.[cần dẫn nguồn]
Ngày 23/7, điều kiện băng đã tốt hơn, và USS Nautilus di chuyển lên phía Bắc. Nó di chuyển trong trạng thái lặn ở vùng biển Barrow Sea Valley vào ngày 1/8 và 3/8 23:15 EDT, khiến nó trở thành tàu ngầm đầu tiên đi tới Cực Bắc địa lý. USS Nautilus có khả năng định hướng ở các vĩ độ cao mà không cần nổi lên mặt nước nhờ có hệ thống dẫn đường quán tính N6A-1 của North American Aviation, là một phiên bản dùng trên tàu ngầm của máy tính dẫn đường N6A sử dụng trên tên lửa hành trình SM-64 Navaho. Hệ thống dẫn đường quán tính này được lắp đặt trên Nautilus và Skate sau khi thử nghiệm trên tàu ngầm USS Compass Island vào năm 1957. Từ Bắc Cực, USS Nautilus tiếp tục di chuyển quãng đường 1.590 hải lý (2.940 km; 1.830 mi) bên dưới lớp băng trong 96 giờ đồng hồ, nổi lên mặt nước tại khu vực Đông Bắc của Greenland. Qua đó nó đã thực hiện thành công chuyến thám hiểm đầu tiên dưới lớp băng Bắc Cực, và cũng là tàu ngầm đầu tiên thực hiện được điều này. Các chi tiết dữ liệu khoa học trong hải trình của con tàu được lên kế hoạch từ trước đó bởi Naval Electronics Laboratory bao gồm cả Tiến sĩ Waldo Lyon, người cũng ở trên tàu cùng với thủy thủ đoàn, đóng vai trò cố vấn.
Việc điều hướng bên dưới lớp băng bắc cực rất khó khăn. Ở vĩ độ trên 85° Bắc, cả la bàn từ và la bàn con quay hồi chuyển đều trở nên không chính xác. Một la bàn con quay hồi chuyển đặc biệt được thiết kế bởi Sperry Rand đã được lắp đặt ngay trước khi con tàu thực hiện chuyến đi tới Bắc Cực. Có nguy cơ tàu ngầm bị mất phương hướng bên dưới lớp băng và thủy thủ đoàn sẽ phải chơi trò "cò quay kinh độ". Thuyền trưởng Anderson đã cân nhắc tới sử dụng ngư lôi để thổi tung lớp băng, tạo một lỗ cho tàu nổi lên khi cần thiết.
Phần khó khăn nhất của cuộc hành trình là ở eo biển Bering. Băng kéo dài tới 60 foot (18 m) bên dưới mặt nước biển. Trong lần vượt qua eo biển Bering lần đầu tiên, con tàu đã không thể vượt qua do không đủ chỗ trống giữa băng và đáy biển. Ở lần thứ hai, tàu đã vượt qua thành công eo biển Bering, con tàu đã vượt qua eo biển qua một kênh dẫn ngầm gần Alaska (đây không phải là lựa chọn tối ưu, do tàu ngầm muốn tránh khỏi việc bị phát hiện).[cần dẫn nguồn]
Chuyến hải trình bên dưới lớp băng của một tàu ngầm hạt nhân là một thành công lớn của Mỹ vì Liên Xô khi đó đã phóng thành công Sputnik, nhưng Liên Xô chưa phát triển thành công tàu ngầm hạt nhân có khả năng tương tự. Trong bài phát biểu về chuyến hải trình thành công của Nautilus, Tổng thống Mỹ đã cho rằng các tàu ngầm hạt nhân chở hàng có thể sử dụng tuyến đường qua Bắc cực làm tuyến vận chuyển thương mại.
Trong khi tàu ngầm Nautilus đang di chuyển về cảng nhà từ Greenland, một chiếc máy bay trực thăng đã làm cầu hàng không kết nối thuyền trưởng Anderson với Washington, D.C. Tại lễ kỷ niệm diễn ra tại Nhà trắng vào ngày 8/8, Tổng thống Eisenhower đã trao tặng cho ông Legion of Merit và tuyên bố thủy thủ đoàn tàu ngầm Nautilus sẽ được trao tặng Presidential Unit Citation.