X-15本質(zhì)上是一種帶有駕駛艙的火箭，它并不是設(shè)計(jì)用于從跑道起飛的，而是需要被特殊改裝的B-52轟炸機(jī)帶到高空中釋放。B-52轟炸機(jī)一般會(huì)從南加州的愛德華茲空軍基地起飛，并在45000米的高度將50英尺長的X-15飛機(jī)釋放。

此時(shí)，X-15的飛行員才可以點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)爬升，直到飛出地球大氣層并進(jìn)入太空。X-15飛機(jī)將會(huì)在未知的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集一些高超音速飛行的數(shù)據(jù)。當(dāng)飛機(jī)燃料耗盡時(shí)，它就將開始滑翔，這也是飛行員喜歡的環(huán)節(jié)。

這時(shí)候，X-15是一架非常重、非?？?、機(jī)翼非常小的滑翔機(jī)，每小時(shí)可以飛行數(shù)千英里。X-15的大部分設(shè)計(jì)都是為了能夠在高空滑翔，那里的空氣非常稀薄，傳統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)附件不再起作用。

因此，X-15飛機(jī)配備了反應(yīng)控制系統(tǒng)，類似于國際空間站使用的系統(tǒng)。它噴出大量的過氧化氫，本質(zhì)上是高濃度的氧化水，產(chǎn)生的少量推力。

在高空滑翔的過程中，由于空氣摩擦的原因，X-15的特殊鎳鉻合金外殼溫度可以達(dá)到648度，飛行員甚至能夠聽到身后飛機(jī)灼燒的聲音。當(dāng)飛行員把飛機(jī)降落在地面時(shí)，它已經(jīng)不是離開基地時(shí)的那架飛機(jī)了，它的外殼都被高溫?zé)隽硕础?/p>

降落的問題還不止這些，普通飛機(jī)的著陸進(jìn)場速度為300公里每小時(shí)左右，X-15則需要以超過2400公里每小時(shí)的速度開始降落。更糟糕的是X-15的前輪沒有轉(zhuǎn)向，主起落架只有滑行因此無法使用停機(jī)坪跑道，只能降落在干涸的湖床上。

這實(shí)際飛行的情況下，幾乎每次都會(huì)出現(xiàn)一些問題，最嚴(yán)重是1967年11月15日，飛行員邁克爾·亞當(dāng)斯在駕駛X-15飛機(jī)重返大氣層時(shí)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，無法矯正飛機(jī)，飛機(jī)在空中解體，飛行員死亡。

盡管如此，X-15仍是飛行史“濃妝艷抹”的一筆。它的無數(shù)次實(shí)驗(yàn)飛行收集了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，飛行員皮特·奈特更是在1967年的飛行中創(chuàng)造了7274公里/小時(shí)的速度記錄，即 6.7 馬赫（音速的 6.7 倍）。