В феврале 1956 г. ВВС США начали исследования «пилотируемой баллистической ракетной исследовательской системы» (проект 7969), чтобы создать аппарат для космического полёта человека. Компании «Avco», «Convair», «Goodyear», «Lockheed», «Martin» и «McDonnell» предложили баллистические капсулы, а компании «Bell», «North American», «Republic» и «Northrop» – крылатые летательные аппараты.

Проект фирмы NAA предусматривал запускать ракетоплан Х–15, облегченный до 4500, с мыса Канаверал двухступенчатой ракетой-носителем на очень низкую орбиту с параметрами: перигей – 77 км, апогей – 122 км. РН предполагалось создать на базе четырёх стартовых ускорителей самолёта-снаряда «Навахо С–38»: три в связку вокруг четвёртого на 1-й ступени, а четвёртый – в качестве 2-й ступени. В качестве 3-й ступени использовался собственный двигатель XLR–99 ракетоплана Х–15.

Ракетоплан предполагалось усилить передними кромками из окиси бериллия и теплозащитным экраном из сплава «Rene–41», а также более мощными элементами «горячей конструкции» из покрытия «Inconel-X». Из-за низкого перигея (77 км) можно было обойтись без тормозного двигателя, так как после первого витка Х–15 совершал аэродинамический вход в атмосферу.

В отличие от других проектов, этот вариант Х–15 соответствовал реальности, поскольку он был устойчив в большинстве режимов полёта, а двигатель XLR–99 нужно было создать в любом случае.

Представляя проект, Харрисон Стормс сказал, что пилотируемый полёт возможен через 30 месяцев после начала работ и обойдется в 120 млн долларов.

По проекту модернизации, получившей название Х–15В, в кабине ракетоплана размещались два пилота, сидящие друг за другом. Толстая обшивка из покрытия «Inconel-X» должна была выдержать нагрев при входе в атмосферу. Проектом предусматривалось несколько режимов полёта – от кратковременных по баллистической кривой до выходов на орбиту в апогеем до 960 км. В последнем случае полёт мог продолжаться в течение двух суток.

Расчёты показали, что при возвращении с орбиты носовая часть Х–15В нагревалась более чем в два раза сильнее, чем у прототипа: до 1870 °C по сравнению с 650 °C у обычного Х–15. Однако проблему эту до конца решить так и не удалось, хотя рассматривались самые экзотические варианты. Так, корневую часть крыла предполагалось защитить керамикой (окисью тория), а среднюю часть крыла – окисью бериллия. Передние кромки планировалось покрыть ниобием, устойчивым до 1540 °C, или молибденом (1650 °C), графитом (2090 °C), вольфрамом (2620 °C).

В проекте NAA предполагалось применить два стартовых ускорителя самолёта-снаряда «Навахо» в качестве 1-й ступени, один – в качестве 2-й ступени и собственный ЖРД ракетоплана – в качестве 3-й ступени. Этот вариант Х–15В по своим размерам превышал прототип и оснащался ЖРД XLR–105 фирмы «Rocketetdyne» (маршевый двигатель МБР «Атлас-D») тягой 34 т. В отличие от базовой модели, Х–15В предполагалось оснастить двустворчатым отсеком, который мог вмещать различные полезные грузы для проведения экспериментов, датчики и дополнительное топливо весом до 2200 кг. Аппарат был рассчитан на трёхвитковый полёт.

В качестве ускорителя для Х–15В рассматривались ракеты «Атлас», «Титан II», и даже «Сатурн–1». В последнем случае использовалась лишь 1-я ступень «Сатурна», а 2-й ступенью служила 2-я ступень ракеты «Титан II». В этом варианте Х–15В сохранял двигатель XLR–99. В хвосте должны были стоять ещё восемь двигателей XLR–101 фирмы «Rocketetdyne», которые являлись тормозной установкой для схода с орбиты.

Рассматривались и варианты воздушного старта Х–15В. Для этого в принципе мог использоваться и старый NB–52, но командование ВВС усиленного проталкивало новый стратегический бомбардировщик «Валькирия». Ведь уже с 1962 г. программа «Валькирия» буквально висела на волоске в связи с успехами в развитии МБР. Максимальный взлётный вес B–70 – около 250 т, максимальная скорость – 3250 км/ч, практический потолок – 21 км.

Проблема заключалась в том, что вся нагрузка – 12,5 т – помещалась в бомбоотсеке длиной 9,1 м внутри фюзеляжа. Подвесок же под фюзеляжем или крыльями у B–70 не было. Тогда решили укрепить Х–15 наверху B–70 – «на спине». Имея дальность полёта около 12 тыс. км, B–70 брал десятки тонн топлива. За счёт сокращения запаса топлива он мог поднять даже 22-тонный модернизированный Х–15. Таким образом, сохраняя все преимущества воздушного старта, можно было попытаться вывести Х–15 на орбиту.

Однако проведённый американскими специалистами анализ показал, что после установки на «Валькирии» ракетоплана Х–15 бомбардировщик B–70 не сможет развивать скорость, соответствующую скорости М = 3. Даже без Х–15 (то есть при «чистой» аэродинамической конфигурации) на числах Маха, близких к трем, некоторые элементы конструкции «Валькирии» находились под напряжениями, близкими к предельно допустимым. Поэтому от использования B–70 в программе Х–15 отказались. На вооружение «Валькирию» так и не приняли. С 17 октября 1965 г. по 17 декабря 1968 г. две опытные машины ХФ–70 совершили несколько полётов. 8 июня 1966 г. лихой пилот на истребителе F–104 сблизился с «Валькирией» и от удара взорвался. Погибли обе машины.

Американские специалисты в области аэродинамики неоднократно указывали на неудачный выбор общей конфигурации Х–15 с крылом относительно малой стреловидности. Считалось, что именно это стало причиной как минимум двух аварий ракетоплана. Поэтому для расширения режимов полёта была предложена принципиально новая концепция Х–15 с дельтовидным крылом.

Для гиперзвукового крейсерского полёта при скорости М = 7–8 разработали крыло специальной конфигурации. Остальные элементы конструкции ракетоплана (фюзеляж, ракетный двигатель, органы управления и другие системы прототипа) подвергались лишь минимальным изменениям, так же как и система запуска с бомбардировщика NB–52.

По оценкам 1965 г. программа, рассчитанная на период с 1967 г. по 1973 г. и включавшая 37 исследовательских миссий, должна была обойтись всего в 29,75 млн долларов. Первый полёт планировалось совершить в январе 1969 г., а последний – в декабре 1972 г.

Работы над Х–15 с дельтовидным крылом велись до катастрофы 15 ноября 1967 г. В дальнейшем финансирование Х–15 было прекращено.