北美X-15（North America X-15）是一架由北美航空所承制开发的火箭动力实验机。X-15可能是在贝尔X-1之后，美国空军／NASA／美国海军X系列试验机中最重要的一架。在1960年代，X-15打破了许多速度与高度的记录，由于其飞行高度到达大气层的边缘，为之后的研究提供了重要的资料。它同时也是美国建造的第一个有人亚轨道飞行器。
在整个X-15计划的飞行项目中，有13架次到达了80千米以上的高度，这是美国空军所制订宇宙飞行的标准高度，驾驶这13架次的八名飞行员因此获得宇航员的身份。另外还有两名飞行员获颁NASA的宇航员之翼勋章（英语：Astronaut Badge）。
一些权威的航空学研究者设定的太空的起始高度比美国空军和NASA的标准高度都低，所以还有许多X-15飞行员也可被视作宇航员。在距地球19英里（31千米）的上空是适航大气层（英语：aeropause），这里的环境与太空基本相同，而许多X-15飞行员驾驶飞机都到达此高度以上。
另外还有两架次（由同一飞行员驾驶）到达国际航空联合会的宇宙飞行标准高度，即到达62.1英里高度（100千米）。
对机身的请求在1954年12月30日公布，1955年2月4日公布对火箭发动机的请求。1955年11月北美航空公司签订了制造机身的合约，反应发动机（英语：Reaction Motors）在1956年签订了制造发动机的合约。
与其他X系列试验机一样，X-15首先是挂在一架B-52机翼下被带到空中，然后火箭发动机开始工作。它的机身很长且为圆柱形。向后的整流片使机身看起来很平。背部及腹部的楔形垂直尾翼很厚。可收起的起落架包括机鼻起落架和两个滑橇。初始型X-15A的两具XLR-11火箭发动机提供36千牛顿推力，后来的XLR-99在海平面提供254千牛顿推力，在最高高度提供311千牛顿。
1958年之前，美国空军和美国国家航空咨询委员会（NACA，也就是NASA的前身）的官员提出了轨道运行式X-15（X-15B）的方案，这种X-15将会被一具SM-64纳瓦荷式火箭（SM-64 Navaho missile）送入太空。在NACA成为NASA之后这个方案被抛弃，取而代之的是水星计划。1959年，X-20Dyna-Soar太空滑翔机计划成为美国空军军用载人太空飞行器的优先计划。X-20计划在1960年代早期被中止。
X-15的首飞是在1959年6月8日，飞行员为史考特·克劳斯菲尔德（Scott Crossfield），这次飞行实际上是一次无动力滑翔。同年9月17日进行了第一次有动力飞行。1960年11月15日进行了第一次使用XLR-99发动机的飞行。
整个项目中一共建造了三架X-15，它们总共飞了199次，最后一次在1968年10月24日。原计划是在1968年11月21日，内华达州史密斯兰奇（Smith Ranch），由威廉·奈特（William J. Knight）进行第200次飞行。技术与天气的原因使这次飞行被延后了至少六次，直到1968年12月。最后因为天气原因，此次飞行在1968年12月20日被中止。地面人员将X-15从B-52上拆下，准备将它无限期地储存起来。一架存放在华盛顿特区的国家航空航太博物馆，一架存放在俄亥俄州代顿莱特派特森空军基地（Wright-Patterson AFB）内的国立美国空军博物馆（National Museum of the United States Air Force）。编号56-6672的第三架X-15则是于1967年11月15日坠毁。
一共有12名飞行员驾驶过X-15，包括第一个登上月球的人尼尔·阿姆斯壮和约瑟夫·恩格。
1963年7月和8月，驾驶X-15两次到达100千米以上高度，成为第一个两次进入太空的人。
1967年11月15日第三架X-15在下降时开始尾旋，重力加速度到达15G（147 m/s²），飞机在空中解体，残骸散布在50平方英里的范围内，飞行员麦可·亚当斯（Michael J. Adams）不幸在这起意外中牺牲。2004年6月8日，人们在加州兰兹堡（Randsburg）附近、那架X-15座舱被发现的地方，为他竖立了一个纪念碑。除此之外亚当斯也被追绶宇航员之翼（Astronaut Wings）勋章。1991年，他的名字被放入佛罗里达州肯尼迪太空中心的宇航员纪念馆。
第二架X-15在一次降落事故后被重建，它被加长了约0.74米，机身下加挂了两个副油箱，而且被进行了隔热处理。这架新飞机被命名为X-15A-2。它的首飞日期为1964年6月28日，最终设定了一项新的速度记录：7,274 km/h（4520mph或2021m/s）。
一直到2004年太空船一号（SpaceShipOne）的第三次试飞之前，除了航天飞机以外还没有飞行器能打破X-15的高度记录。当然，无人空射火箭，例如“飞马座”火箭，经常超越X-15的速度与高度记录。被广泛报导的X-43A超高音速飞机的新速度记录，只是无人机新的记录。这架小得出奇的飞机在2004年11月16日在29千米高度上达到了接近10马赫的速度（10620km/h或6600mph或2.95km/s）。
在美国，对于一个人要到达怎样的高度才能被称为“宇航员”两种说法。美国空军决定颁给任何到达80千米高的人宇航员之翼勋章，但是国际航空联合会将太空定义在100千米以上的高度。13架次的X-15到达了80千米高，其中两个架次到达了100千米。驾驶飞机进入与太空环境相似的“适航大气层”的飞行员们应该得到赏识，也许他们可以作为将来的中级或初级宇航员，尽管他们没有被官方授予“宇航员”称号。
†坠毁
† Iven Kincheloe（英语：Iven Kincheloe）上尉在1957年9月被选中成为空军的X-15试飞员（Bob White（英语：Bob White）上尉作为他的替补），但是在X-15试飞前的一次F-104事故中牺牲。
††在第191架次中牺牲。
*这两名飞行员在离开X-15计划后到达了100千米高（尼尔·阿姆斯特朗在双子星座计划和阿波罗计划中进入太空，而约瑟夫·恩格则是在航天飞机计划中达成）。
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