К июлю 1953 года было предложено несколько вариантов аппаратов, которые теоретически могли совершить космический полет с пилотом. Один предусматривал создание некоей модификации самолета "Х-2", способный "прыгнуть" на высоту 60 км, — с его помощью специалисты собирались получить ценную информацию об условиях окружающей среды с минимальной плотностью атмосферы. Вместе с тем у многих ведущих инженеров сложилось ощущение, что планку проведения исследований необходимо еще поднять: до высоты 100 км и скорости, в 10 раз превышающей звуковую (3,3 км/с).
Новый толчок американские исследования в области практической космонавтики получили, когда этой проблемой всерьез озаботились Военно-воздушные и Военно-морские силы США. Разумеется, авиация и флот были заинтересованы в первую очередь не в исследовательских, а в боевых машинах. И надо отдать должное американским военным: они прекрасно понимали, что без накопления научных данных боевой космический аппарат построен не будет.
Программа создания ракетоплана, способного превысить скорость звука в пять и более раз, стартовала 23 декабря 1954 года, когда представители ВВС, ВМС и Национального консультативного комитета по аэронавтике подписали меморандум о сотрудничестве, согласно которому создавался трехсторонний координирующий орган, получивший название "Комитет Икс-15" ("Х-15 Committee"). Национальный комитет брал на себя функции контроля за реализацией проекта в целом. ВВС взялись изготовить ракетоплан и провести его приемные испытания на заводе-изготовителе. Затем ракетоплан передавался Национальному комитету, а тот запускал серию научно-исследовательских полетов с привлечением как своих пилотов, так и летчиков ВВС и ВМС. Впоследствии участники проекта рассказывали, что "Комитет Икс-15" имел в большей степени политическое, чем практическое значение: когда в запросе на финансирование следовала ссылка на трехсторонний комитет, деньги тут же выделялись.
Исходный бюджет программы положили в 163 млн долларов. Среди двенадцати авиакомпаний был объявлен конкурс на создание гиперзвукового самолета, а четыре моторостроительные фирмы получили предложение разработать проект ракетного двигателя для него. Победителем стала авиационная фирма "Норт американ авиэйшн" ("North American Aviation"), и в ноябре 1955 года с ней был заключен контракт на производство трех самолетов "Х-15". Через год определился и конструктор "мотора" — компания "Ри-экшн моторз" ("Reaction Motors Inc.") подрядилась на производство ракетного двигателя XLR-99.
Если конструкторы ракетоплана "Х-1", покорившего звуковой барьер, взяли за основу аэродинамической концепции простую пулю, то к моменту начала работ над "Х-15" необходимости в такой имитации уже не было: накопленных данных хватало для более сложных расчетов и выкладок. Проект фирмы "Норт американ авиэйшн" предусматривал строительство ракетоплана с крыльями стреловидной формы. Длина "Х-15" составляла 15 м, масса — около 7 т, а после заправки топливом (водно-спиртовая смесь и жидкий кислород) увеличивалась до 16,5 т. Так как продолжительность работы двигателя не должна была превышать 2 минут, на "стартовую" высоту 15 км ракетоплан собирались доставлять с помощью бомбардировщика "В-52" ("Б-52"). Два таких бомбардировщика ("NB-52A" и "NB-52B") были модифицированы для подвески "Х-15" под правой консолью крыла, между фюзеляжем и ближней парой двигателей. В проекте предполагалось, что ракетоплан сможет разогнаться до скорости, в шесть раз превышающей звук (2 км/с), и поднимется до высоты 76 км. В действительности "Х-15" сумел намного больше.
При разработке "Х-15" перед "Норт американ авиэйшн" возникла проблема, связанная с тем, что в полете различные части запускаемого аппарата одновременно будут находиться в условиях крайне высоких и крайне низких температур (от +650 до -185 °C). Такой перепад способны выдержать только никелевые сплавы. Технологам пришлось применить сварку в непривычных масштабах: если обычный самолет тех лет почти целиком имел клепаную конструкцию, то у "Х-15" на долю клепки приходилась лишь треть, а остальная часть ракетоплана была сварная. Другой особенностью "Х-15" являлась система управления полетом по баллистической траектории, которая представляла собой комплект газовых сопел на перекиси водорода, установленных в носовой части ракетоплана и на концах крыла, — эти сопла обеспечивали управление при полете в безвоздушном пространстве.
Для будущих пилотов "Х-15" был разработан полностью герметизированный скафандр — легкий, лишенный жестких сочленений. Значительные исследования были проведены при разработке системы аварийного спасения: рассмотрев разнообразные варианты, конструкторы решили сделать открытое катапультное кресло, а поверх скафандра пилота надеть теплозащитную оболочку.
Для летных испытаний "Х-15" выбрали воздушный коридор протяженностью 780 км и шириной 80 км. Он проходил над пустынной гористой местностью между авиабазами Уэндовер (штат Юта) и Эдвардс (штат Калифорния). Самолет-носитель "NB-52" должен был взлетать с авиабазы Эдвардс и набирать высоту 13,7 км в зоне старта, которая размещалась над одним из высохших озер Невады и Калифорнии. После отцепки "Х-15" пилот ракетоплана запускал двигатель, который разгонял аппарат до необходимой скорости. Если двигатель не мог включиться, выполнялась планирующая посадка на заранее выбранной ровной поверхности в районе отцепки. При нормальном запуске двигателя "Х-15" должен был подниматься по баллистической траектории в верхние слои атмосферы, а затем планировать и совершать посадку на поверхности высохшего озера. Суммарная продолжительность полета оценивалась в 10 минут.
Первый "Х-15" был построен в середине октября 1958 года и с завода доставлен на авиабазу Эдвардс. Перевозка ракетоплана сопровождалась рекламной шумихой с активным участием средств массовой информации. Программа испытаний привлекла общественное внимание прежде всего потому, что Советский Союз выиграл "гонку" за первый спутник, и многим американцам казалось, что испытания "космического самолета" станут достойным ответом "русским выскочкам". Второй экземпляр "Х-15" был готов к апрелю 1959 года, а третий — к июню 1961 года.
Нужно отметить, что как раз в то время, 1 октября 1958 года. Национальный консультативный комитет по аэронавтике (NACA) был преобразован в более мощную организацию — Национальное управление по аэронавтике и космосу (National Aeronautical and Space Administration, NASA). К этому управлению переходила и вся программа разработки "Х-15". Таким образом, авиационный проект по факту стал космическим, а пилоты-испытатели получали статус астронавтов.
Впрочем, их и ранее готовили как покорителей космоса. Всего в программе испытаний "Х-15" участвовало двенадцать пилотов: Скотт Кроссфилд, Джозеф Уолкер, Роберт Уайт, Форрест Петерсен, Джон Маккей, Роберт Рашуорт, Нил Армстронг, Джозеф Энгл, Уильям Найт, Уильям Дана, Майкл Адамс и Милтон Томпсон. Многие из них впоследствии успешно работали и по другим программам. Все эти люди отличались личным обаянием и высокой целеустремленностью. Будущие пилоты "Х-15" должны были выполнить две тысячи "полетов" на тренажере, пройти испытания на центрифуге, в термокамерах и барокамерах, а также испытать состояние невесомости в специально оборудованном пикирующем транспортном самолете.
Первый вылет "Х-15" состоялся 8 июня 1959 года. Ракетоплан, пилотируемый испытателем фирмы "Норт американ авиэйшн" Скоттом Кроссфилдом, отделился от бомбардировщика-носителя на скорости 840 км/ч и начал свободный полет. Ракетный двигатель не включался, однако даже при этом машина плохо слушалась пилота, совершив несколько неожиданных разворотов. Лишь собственное мастерство позволило летчику сохранить управление, и через пять минут после отделения Кроссфилд благополучную приземлился на дне высохшего озера. Инженеры учли проявившиеся проблемы, внеся изменения в систему управления, что сделало дальнейшие испытания более безопасными. Второй вылет был выполнен 17 сентября, и на этот раз Кроссфилд на короткое время включил двигатель, развив скорость 2400 км/ч, что в два раза превышает скорость звука.
Первый этап испытаний продолжался с 1959 по 1962 год. Фактически уже тогда удалось решить все задачи, которые ставили перед собой организаторы проекта. Была достигнута скорость около 2000 м/с, высота 75,2 км, получен колоссальный объем научной информации по тепловым процессам и сверхзвуковой аэродинамике. К сожалению, не обошлось без аварий. Пятого ноября 1959 года, во время третьего полета второго опытного образца "Х-15", одна из камер двигателя взорвалась. Скотт Кроссфилд совершил вынужденную посадку; при этом было повреждено хвостовое оперение, и ракетоплан вышел из строя на три месяца. Из-за нерасчетных тепловых напряжений при полетах на максимальную скорость 11 октября и 9 ноября 1961 года у Боба Уайта лопались внешние панели остекления кабины. Тепловое взаимодействие горячих вихрей на передней кромке крыла приводило к деформации обшивки. Подобные неисправности случались и в будущем, но, используя полученный опыт, другие пилоты отрабатывали нештатные ситуации на тренажере.
