1958年10月15日，第一架X-15飛機在北美航空公司的工廠下線，場面盛大。副總統理查德·尼克森向聚集的媒體、軍方人士和航空界人士發表講話，介紹這架即將打破速度和高度紀錄的飛機。然而，當天成為焦點的飛機卻未能完全實現其高速和高空飛行的承諾。它需要進行一些改進才能完成那些破紀錄的飛行。
在計畫最初的一年半時間裡，兩架X-15飛機搭載了兩台XLR-11發動機進行飛行。這具引擎由反應引擎公司（Reaction Motors）設計製造，燃燒乙醇和液態氧，最大推力為6000磅。但即使兩台引擎都進行了增壓以增加推力，也無法為這架小型火箭飛機提供所需的動力。此外，這些引擎的推力也無法調節。飛行員控制推力的主要方式是分別開啟和關閉每台引擎的四個汽缸。
為X-15提供破紀錄動力的引擎是XLR-99。這款由反應發動機公司（Reaction Motors）製造的可調推力發動機使用無水氨和液態氧作為燃料，可產生約57,000磅的推力，其推力與美國陸軍的紅石火箭相當——紅石火箭曾將艾倫·謝潑德和格斯·格里索姆送入亞軌道水星計劃。 1960年4月，這台大型發動機運抵加州，比原計劃晚了一年半，但一架飛機已經準備就緒；X-15 3號機被專門預留用於安裝這台大型發動機。
Reaction Motors公司和北美公司的工程師都對新型引擎進行了測試，但真正重要的是安裝在X-15飛機上的引擎地面測試。首次此類測試於1960年6月8日進行，結果有兩個：它幾乎奪去了北美試飛員斯科特·克羅斯菲爾德的生命，同時也證明了X-15的駕駛艙是災難發生時最安全的地方之一。
但給飛機加裝更大的引擎只是成功的一半。 X-15是第一架將氣動加熱作為主要設計挑戰的飛機。這部分是由於X-15的兩種不同飛行軌跡：一種是高速平飛，另一種是高空飛行後以大攻角（機頭朝上）返回。
Inconel-X 材料在保護 X-15 免受飛行中高溫的影響方面發揮了重要作用；它在高達 1200 華氏度（約 650 攝氏度）的溫度下仍能保持強度。然而，在超過 5 馬赫的速度下，問題開始出現。機翼前緣發生變形，蒙皮發生彎曲，最終導致局部區域過熱。覆蓋問題區域並在翼段之間增加剪切連接件解決了這個問題。
但要真正達到高速，X-15 需要更好的隔熱性能。
資料來源：《X-15火箭飛機》（Michelle Evans著）；《太空邊緣》（Milt Thompson著）；美國國家航空暨太空總署；X-Planes Free。
