Сразу после окончания Второй мировой войны командование ВВС США заинтересовалось проектами высотных гиперзвуковых самолётов. В 1947 г. в исследовательском центре Лэнгли была сформирована группа инженеров под руководством Джона В. Беккера, занимавшаяся проблемами гиперзвуковых полётов. Помимо прочего, они разработали и создали первую в мире гиперзвуковую аэродинамическую трубу, которая использовалась позднее при создании Х–15.

8 января 1952 г. Роберт Дж. Вудс, создатель истребителя P–39 «Аэрокобра» и опытного самолёта с ЖРД Х–1, рекомендовал аэродинамическому комитету НАКА (National Advisory Committee for Aeronautics – NACA) создать специальную рабочую группу, которая должна заниматься проблемами управления и стабилизации летательного аппарата при полётах на сверхбольших высотах и во время входа в атмосферу с гиперзвуковой скоростью.

На состоявшемся 4–5 февраля 1954 г. в Вашингтоне заседании комитета NACA по экспериментальным самолётам было предложено начать работы по созданию «нового экспериментального самолёта» для проведения исследований на гиперзвуковой скорости и больших высотах. Одновременно Уилльям Дж. Андервуд координатор NACA при командовании ВВС США на базе ВВС Райт-Паттерсон подтвердил заинтересованность военных в создании такого самолёта. Исходя из этого, NACA решило согласиться с предложениями комитета.

9 марта 1954 г. заместитель директора NACA Джон У. Кроули распорядился начать в исследовательских центрах Лэнгли, Льюиса, Эймса и Драйдена независимые работы по определению концепций создания нового самолёта.

Летом 1954 г. были представлены разработанные предложения. За исключением инженеров центра Льюиса, которые предложили ограничиться исследованиями на моделях, остальные три центра предложили свои концепции пилотируемых самолётов:

– специалисты Центра Драйдена предложили заняться совершенствованием самолёта Х–1 фирмы «Белл Аэркрафт»;

– центр Эймса предложил создать самолёт, способный развивать скорость до М=5 с помощью прямоточного воздушно-реактивного двигателя;

– рабочая группа Центра Лэнгли предложила двухступенчатую систему, в которой первой ступенью (самолётом-носителем) должен быть переоборудованный бомбардировщик B–52 (NB–52), а второй ступенью – специально разработанный самолёт, способный превысить скорость 6М и высоту 100 км.

В декабре 1954 г. именно на основе этого предложения NACA, ВВС и присоединившиеся к программе ВМС объявили конкурс среди американских аэрокосмических корпораций на создание нового экспериментального самолёта Х–15.

В 1955 г. конкурс на создание такого самолёта выиграла корпорация «Норд Америкен», хотя интересные предложения были и у других участников конкурса. В частности, предложенный компаний «Дорнбергер» самолёт должен был развивать скорость 8800 км/ч и достигать высоты 170 км. Но выбор был сделан в пользу немного менее амбициозного, но более реального проекта корпорации «Норд Америкен», которая и получила заказ на изготовление трёх машин в рамках реализации проекта ВВС (USAF Project MХ–1226).

Х–15 построен по нормальной схеме «среднеплан» с сильно скошенным крестообразным хвостовым оперением и коротким трапециевидным крылом.

Второй опытный образец Х–15 имел носовую часть с заостренным передним обтекателем с удлиненной иглой. Но после проведённой модернизации, в 1960 г. всем самолётам придали тупые носы, как более выгодные при полётах с большими скоростями.

Х–15 имел трёхстоечное убираемое вперёд шасси. Передняя опора со спаренными колёсами располагалась в нише под кабиной, а главная опора имела стальные лыжи, которые заменялись после каждых 5–6 посадок. Для перемещения аппарата по аэродрому под заднюю часть фюзеляжа подводилась специальная колёсная тележка.

Кабина ракетоплана герметичная, но лётчик во время полёта был одет в высотный скафандр, изготовленный из пятислойной ткани, покрытой алюминиевой краской.

Для аварийного спасения лётчика предусматривалась специальная система, позволявшая (теоретически) катапультироваться. При аварии лётчик должен был нажать на рычаги, находившиеся по обеим сторонам сиденья, и катапультное кресло с помощью порохового заряда выстреливалось. Вращением захватов на рычагах подрывался заряд, который отделял фонарь от кабины, что приводило в действие заряд катапультного кресла. Оно уходило вверх и назад, и стабилизировалось в полёте при помощи двух складных килей и двух телескопических консолей. От воздействия большого динамического давления лётчика предохранял выдвигавшийся вперёд экран.

Однако ни один из пилотов не был уверен, что не пострадает при катапультировании в случае аварии. Даже при успешном катапультировании лётчику грозил сильный нагрев скафандра, возникавший при трении о воздух. Поэтому считалось, что при аварии на больших высотах пилот должен оставаться в самолёте до тех пор, пока он не снизится до приемлемой для катапультирования высоты. То есть весь самолёт до момента входа в плотные слои атмосферы являлся как бы спасательной капсулой. Снизившись до нужной высоты, лётчик катапультировался обычным способом.

Лётчик свободно падал, оставаясь в кресле, до высоты 4 км. Если же авария произошла на высоте ниже 5 км, то пилот оставался в кресле только 3 секунды после катапультирования. Парашют выпускался по команде от автоматического временного устройства.

Первые два образца самолётов испытывались с двумя четырёхкамерными кислородно-спиртовыми двигателями XRL–11RM–5 фирмы «Реакшен Моторс» тягой 3,63 т, близких по конструкции к двигателям ракетоплана Х–1.

Позже на всех трёх экземплярах Х–15 установили мощные однокамерные двигатели XRL–11RM–1, работавшие на жидком кислороде и сжиженном безводном аммиаке. Их расчётная тяга над уровнем моря составляла 22,7 т, на высоте 30 км – до 25 т. Весил двигатель 415 кг и был длиной 1,82 м, его максимальный поперечный размер составлял 1,1 м.

Емкости штатных внутрифюзеляжных баков Х–15 хватало на 83 секунды работы двигателя на полной тяге. Ракетоплан Х–15А–2 был оснащён сбрасываемыми баками длиной 6,7 м и диаметром 0,96 м. Его ЖРД мог работать до 150 секунд. Топливо сначала расходовалось из подвесных баков, которые затем сбрасывались и спускались на парашютах. Заправка топливом проводилась на земле после подвески ракетоплана под самолёт-носитель. Во время полёта к точке старта испаряющийся кислород восполнялся из внутреннего бака подпитки, установленного на борту носителя NB–52.

Система управления Х–15 была комбинированного типа – аэродинамическая и реактивная. Аэродинамическими исполнительными органами являлись управляемый дифференциальный стабилизатор и управляемые кили. Они имели неподвижную (околофюзеляжную) и поворотную (концевую) секции. На высотах свыше 35 км аэродинамические стабилизаторы становились неэффективны, и применялась реактивная система управления, состоявшая из нескольких миниатюрных двигателей, работавших на газообразных продуктах разложения перекиси водорода. Их сопла располагались в концевых сечениях крыла (четыре сопла управления креном) и в передней части фюзеляжа (два сопла по тангажу и два по курсу). Сопла управления по тангажу и курсу имели тягу 51,3 кг, а по крену – 18,1 кг.

В 1963–1964 гг. второй экземпляр Х–15 был модернизирован – фюзеляж удлинили на 0,9 м, добавили дополнительные внешние топливные баки. Компания «Мартин» создала эластомерный кремнийорганический абляционный материал, аналогичный тем, что использовались в головных частях ракет и теплозащитных экранах кораблей «Аполлон» и «Джемини». Его напылили на поверхность второго экземпляра ракетоплана. Материал этот был эффективен до температуры 1650 °C.

Ракетоплан Х–15 на высоту в 15 км доставляли с помощью специально переоборудованного для этих целей бомбардировщика B–52, а затем происходило разделение ракетоплана и самолёта-носителя. Два бомбардировщика B–52 были модифицированы для подвески ракетоплана под правой консолью крыла, между фюзеляжем и ближней к нему парой двигателей. При этом они получили обозначения NB–52А и NB–52B.

Первый ракетоплан Х–15 был построен в середине октября 1958 г. и с завода доставлен на авиабазу Эдвардс в штате Калифорния. Перевозка самолёта сопровождалась большой помпой с привлечением средств массовой информации.

Программа Х–15 привлекла общественное внимание, особенно после того, как СССР запустил первый ИСЗ. Американские обыватели считали, что полёты «космического» самолёта станут достойным ответом русским.

Второй экземпляр Х–15 был готов к апрелю 1959 г., а третий – к июню 1961 г. Первый испытательный полёт состоялся 8 июня 1959 г.

Ракетоплан, пилотируемый лётчиком-испытателем фирмы «Норт Америкен» Скоттом Кроссфилдом, отделился от самолёта-носителя и начал свободный полёт. Двигатель во время этого полёта не включался, однако даже при этом самолёт плохо слушался пилота и совершил несколько совершенно неожиданных разворотов. Лишь мастерство испытателя позволило ему сохранить управление машиной и через пять минут после отделения совершить благополучную посадку на дне высохшего соленого озера, находящегося на территории авиабазы Эдвардс.

Инженеры корпорации «Норт Америкен» учли проблемы первого полёта и внесли изменения в систему управления самолёта, что сделало дальнейшие испытания более безопасными.

Следующий полёт состоялся 17 сентября 1959 г., и впервые производилось включение ракетного двигателя. Правда, штатный двигатель XLR–99 к тому времени ещё не был готов, и полёт совершался с использованием двигателей XLR–11, которые ранее использовались на самолётах Х–1. Однако даже использование этого двигателя позволило достигнуть скорости более 2000 км/ч. Конкретно в этом полёте была достигнута скорость 2441 км/ч

Третий полёт Кроссфилд совершил 17 октября 1959 г., он стал фактически повторением первого полёта.

Четвертый полёт Х–15, совершенный 5 ноября 1959 г., оказался аварийным. Кроссфилду удалось достичь скорости 1062 км/ч и на высоте 13,8 км, то есть когда Х–15 ещё был ниже самолёта-носителя, отказала топливная система и взорвалась одна из камер нижнего двигателя.

Пожар начался, когда самолёт летел вниз в режиме планирования. Аварийная посадка произошла на высохшем озере Розамонд. Из-за больших нагрузок носовая стойка шасси сложилась, и фюзеляж ракетоплана переломился сразу за кабиной. Вскоре прибыл вертолёт со спасателями. Вертолётчики увидели, что фонарь кабины не откинут, и решили, что Кроссфилд повредил спину. Тогда один из спасателей пошел за носилками, а второй попытался открыть фонарь и вставить носилки прямо в кабину.

Поврежденный Х–15 отправили в Дауни, где его ремонтировали 4 месяца. А тем временем НАСА приняло ракетоплан Х–15–1. Первый полёт на нем и, соответственно, пятый с начала испытаний ракетоплана, 23 января 1960 г. прошел тот же Кроссифлд.

В том же году на Х–15 начали летать и другие пилоты: Дж. Уолкер 25 марта и Р. Уайт 13 апреля.

На третьем экземпляре Х–15 наконец-то установили штатный двигатель XLR–99. 2 июня 1960 г. начались его наземные огневые испытания. 8 июня при включении двигателя взорвался топливный бак, возник пожар, тем не менее пилот Кроссфилд отделался лёгкими травмами. Х–15 № 3 отправили на ремонт, затянувшийся на год с лишним.

В сентябре 1960 г. XLR–99 установили на втором самолёте, и 15 ноября Кроссфилд совершил на нем первый «моторный» полёт, достигнув скорости 3154 км/ч и высоты 24,7 км.

Затем последовала серия небольших, но досадных неудач. 10 января 1962 г. Форрест Петерсен совершил вынужденную посадку на озере Мад, поскольку у него не включился двигатель. Следующая авария произошла 9 ноября 1962 г. На Х–15–2, пилотируемом Джоном МакКуэем, отказал двигатель, развивший всего лишь 35% расчётной тяги. При посадке подломилось шасси, и Х–15 перевернулся и развалился. Позже этот ракетоплан был восстановлен в сильно модифицированном виде и получил название Х–15А–2.

Из-за нагрева неоднократно срабатывал замок выпуска передней опоры шасси. Так, 14 августа 1964 г. у Роберта Рушворта вышла передняя стойка при полёте на скорости, соответствующей М = 4,2, а 17 февраля 1965 г. у него же при скорости М = 4,3 вышли лыжи основного шасси. В обоих случаях благодаря мастерству пилота удалось избежать катастрофы.

Также отказывали в полёте и вспомогательные силовые установки Х–15. Так, 29 июня 1967 г. у У. Найта во время подъема выше 30 км на скорости М > 4 отказали обе вспомогательные силовые установки и все электрооборудование.

3 октября 1967 г. при проверке характеристик на скорости М = 6,7, самолёт, пилотируемый Найтом, чуть не разрушился от аэродинамического нагрева, так как расчёты механической прочности деталей были неверны. Пришлось добавить экспериментальное абляционное покрытие.

Первый высотный и 35-й по общему счёту полёт Х–15 совершил 30 марта 1961 г. В ходе него Джозер Уолкер достиг скорости 4441 км/ч и высоты 51,7 км.

Его рекорд был превышен 11 октября 1961 г., когда Уайт в 20-м полёте поднялся на высоту 66,15 км. При этом возникло повреждение внешней поверхности левого крыла.

В ходе последующих полётов (№ 36–42) летали Уайт, Петерсен и Рушворт, достигнув высоты 23,8–34,8 км. Лишь 9 ноября 1961 г. Уайт в ходе 43-го полёта сумел достичь скорости 5868 км/ч и высоты 66 150 м. В ходе полёта была повреждена внешняя поверхность левого крыла.

9 ноября 1961 г. в ходе 45-го полёта наконец-то была достигнута проектная скорость 6586 км/ч, однако при этом Х–15 не поднялся выше 33,1 км.

5 апреля 1962 г. Нейл Армстронг в 49-м полёте достиг высоты 54,9 км, а 20 апреля (51-й полёт) он поднялся на 63,2 км, но при возвращении «отрикошетил» от атмосферы и перелетел авиабазу Эдвардс на 30 км при скорости М = 3. Армстронг смог развернуться и посадить машину в южной части сухого озера. Полёт этот стал рекордным по длительности – 12 мин. 28 сек.

17 июля 1962 г. в ходе 62-го полёта Уайт на Х–15–3 достиг высоты 95,94 км, двигатель проработал 82 секунды, что позволило достичь скорости 6166 км/ч.

14 августа 1962 г. в ходе 67-го полёта Уолкер достиг высоты 59 км, развив скорость 6029 км/ч.

9 ноября 1962 г. в ходе 74-го полёта (всего) и 31-го полёта Х–15–2 пилот Д. МакКуэй по неясным причинам (в открытой прессе это обойдено молчанием) развил скорость только 1640 км/ч, что немногим более скорости звука, и с высоты 16,4 км пошел на посадку. Слишком высокая скорость при приземлении вызвала чрезмерную нагрузку на шасси, заблокировав его, аппарат «вильнул» в сторону и опрокинулся. Находившийся за штурвалом Маккей откинул фонарь кабины ещё до остановки самолёта. При этом он повредил себе позвоночник, но вскоре смог вернуться к полётам.

17 января 1963 г. в ходе 77-го полёта Уолкер на Х–15–3, развив максимальную скорость 5917 км/ч, достиг высоты 82,8 км. Полёт продлился 11 минут. На борту ракетоплана находились инфракрасные датчики.

Следует заметить, что во время полётов в 1962–1963 гг. выполнялись различные эксперименты, как научные, такие как сбор микрометеоритов с помощью специальной ловушки, так и военные, например по визуальному обнаружению пусков баллистических ракет.

25 апреля 1963 г. в свой первый полёт после травмы позвоночника отправился Маккей, но результаты его были весьма скромными – скорость 5879 км/ч и высота 32,1 км.

19 июля 1963 г. в ходе 90-го полёта Уолкер достиг высоты 106 км, впервые превысив границу «космических рекордов» в 100 км, утвержденную Международной аэронавтической федерацией (ФАИ). Хоть и Х–15–3 шел на рекорд, но на его борту поместили сравнительно много научной аппаратуры – УФ-фотометр, ИК-датчик, сканер горизонта, оптический фотометр и воздушный шар для исследования плотности атмосферы.

Попытки превысить этот рекорд 6, 13 и 15 августа были прерваны из-за метеоусловий и технических неполадок.

22 августа Уолкен на Х–15–3 стартовал над Смин-Рэнч и достиг высоты 107 960 м при длительности полёта 11 мин. 08 сек. На борту ракетоплана имелись спектрометр и фотометр. Это было наивысшее достижение аппаратов Х–15. Впервые ракетоплан оставлял атмосферу, переходил от аэродинамического полёта к баллистическому, а затем возвращался на землю.

До настоящего времени в авиации этот рубеж не превзойден, хотя ФАИ его и не зарегистрировала – Х–15 взлетал не самостоятельно, а сбрасывался с самолёта-носителя.

Хотя представители NАСА утверждали, что Х–15 может подняться ещё выше – до 120 км и даже до 150 км, попытки превысить рекорд 91-го полёта больше не предпринимались.

В 104-м полёте, 8 апреля 1964 г., Энгли на Х–15 достиг высоты 53,3 км, а 19 мая того же года поднялся на высоту 59 680 км.

28 мая и 16 июня 1965 г. Энгл совершил ещё два полёта (134-й и 135-й) в мезосферу, проводя эксперименты с пограничным слоем, радиометром и сканером Лангли.

Затем он выполнил три полёта в космос: 29 июня (138-й полёт, высота 85,5 км), 10 августа (143-й полёт, 82,6 км) и 14 октября (153-й полёт, 81,2 км).

28 сентября 1965 г. (150-й полёт) МакКуэй поднялся на высоту 90,1 км, а через год он вышел в отставку и ещё долго лечился от последствий аварии в ноябре 1962 г.

1 ноября 1966 г. (174-й полёт) У. Дана поднялся на высоту 93,5 км, чтобы собрать микрометеориты.

Между тем поврежденный 9 сентября 1962 г. ракетоплан Х–15–2 был переоборудован, оснащён двумя дополнительными топливными баками, фюзеляж удлинен на 0,74 м, и на нем была произведена термозащитная обработка поверхности. Он получил абляционное покрытие типа МА–25S нежно-розового цвета. Но, выгорая, оно образовывало липкий осадок на окнах кабины пилота. После этой доработки ракетоплан получил наименование Х–15А–2 и предназначался для испытаний гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя.

21 августа 1967 г. состоялся первый полёт (а по общему счёту 186-й) модернизированного ракетоплана Х–15А–2, пилотируемого Уильямом Найтом. Он развил скорость 4618 км/ч и достиг высоты 27,7 км.

3 октября 1967 г. бомбардировщик NB–52 поднял Х–15 с установленными на нем внешними топливными баками и моделью ПВРД для лётных аэродинамических испытаний. В этом полёте Найт достиг рекорда скорости – 7270 км/ч. Но модель ПВРД так нарушила аэродинамику, что нижний стабилизатор прогорел с обеих сторон, а сама модель отвалилась.

15 ноября 1967 г. Майкл Адамс на Х–15А–2 развил максимальную скорость 5744 км/ч и достиг высоты 81,08 км. Однако при снижении ракетоплан попал в гиперзвуковой штопор, приведший к разрушению самолёта на высоте 18 900 м на скорости М = 5. Почему произошла катастрофа, точно неизвестно до сих пор. Вся телеметрическая информация погибла вместе с ракетопланом. Известно только, что ещё при наборе высоты вышли из строя приборы, и то, что видел пилот на индикаторах, не соответствовало реальности. Когда ракетоплан уже терпел бедствие, приборы по-прежнему показывали, что все в норме.

После гибели Адамса Х–15–1 и Х–15–3 совершили ещё 8 полётов.

Последний, 199-й, полёт по программе Х–15 на высоту 77 720 м выполнил У. Дана 24 октября 1968 г.

12 декабря 1968 г. должен был совершиться 200-й полёт. Но проблемы с системой наведения заставили бомбардировщик B–52 вернуться на базу. Финансирование на 1969 г. не было выделено, и, таким образом, программу закрыли.