A l'automne de 1960, le programme X-15 se présentait bien. Walker et White, les deux chefs-pilotes, avaient tiré le maximum du véhicule équipé des moteurs XLR-11. Ils devaient maintenant attendre la disponibilité opérationnelle du X-15 n° 2 motorisé avec le XLR-99, afin de poursuivre l'exploration du domaine de vol à partir du début de 1961. Dans l'intervalle, le X-15 n° 1 allait être utilisé pour des vois de familiarisation au profit des pilotes de l'équipe gouvernementale. Plus tard, ces pilotes utiliseraient le n° 56-6670 remotorisé à son tour en XLR-99.

La NASA et l'Air Force avaient fait leurs débuts. Il était normal que le troisième partenaire, l’US Navy, entrât maintenant sur en scène, avec un unique pilote affecté au X-15, le Cdr Forrest S. Petersen. Le 20 septembre 1960, sa première mission en X-15 se termina par un avortement à quelques minutes du largage, à cause d'un APU défaillant. Le mauvais sort était décidément tenace, puisque le système de purge rapide des réservoirs de propergols refusa lui aussi de fonctionner. Finalement, le commandant de bord de la "Stratofortress", Chuck Bock, réalisa un atterrissage plutôt dangereux, avec sous son aile, un X-15 pesant deux fois la masse tolérée...

Mais le "bizutage" involontaire de Petersen ne devait pas s'arrêter là et la mission suivante (1-13-25), engagée trois jours plus tard, réservait encore quelques déboires. Cette fois là, pourtant, le compte-à rebours ne connut aucun arrêt et la séparation du X-15 de son avion mère suivie de l'allumage des deux XLR-11 s'effectuèrent normalement. Respectant la procédure, Petersen monta jusqu'à 16170 m et accéléra à Mach 1,68 avant d'engager un virage qui devait permettre au véhicule de rester au voisinage d'Edwards. C'est alors qu'un des moteurs s'arrêta brusquement, imité l'instant d'après par le deuxième ! Le bon vieux moteur XLR-11, utilisé sur la plupart des avions-fusées depuis le Bell X-1, venait de rendre l'âme.

Sur le tableau de bord, seule la panne du moteur inférieur était apparente et Petersen, respectant la consigne, tenta un ré-allumage. Dans l'intervalle, un des avions d'accompagnement, piloté par Joe Walker, avertit le X-15 que 1e deuxième XLR-11 était également inopérant. Alors, Petersen qui avait fini par penser que, décidément, l'avion volait très mal avec un seul moteur, cessa toute tentative de ré-allumage, vida rapidement ses réservoirs et atterrit sans problème au nord-est du Rogers dry Lake, à 45 km du point prévu. Rien n'est jamais acquis dans les essais en vol : telle était la conclusion de ces deux épisodes. Les procédures opérationnelles semblaient validées, le fonctionnement des systèmes avait été démontré jusqu'aux limites de leurs performances. Et voilà que tout était remis en cause, que tout pouvait arriver, n'importe quand !

Le 11 octobre 1960, un régulateur défaillant du circuit de peroxyde d'hydrogène empêcha le largage du X-15 lors de la mission "1-14-26 ", mais Petersen se rattrapa avec éclat le 20 octobre suivant, en atteignant Mach 1,94 et un peu plus de 16000 m (1-14-27).

En attendant le gros moteur.

Après Pete Petersen, John B. Mc Kay (NASA), Bob Rushworth (USAF) et Neil A. Armstrong (NASA) réalisèrent chacun deux vols de familiarisation à bord du X-15 n° 1 entre le 28 octobre 1960 et le 1er février 1961, et poussèrent l'avion aux alentours de Mach 2 et de 15000 m d'altitude. Ces missions permirent en outre de corroborer les résultats déjà obtenus antérieurement dans le domaine de la stabilité et des commandes de vol en régime faiblement supersonique, en fonction notamment de l'angle d'incidence et de variation de sensibilité du SAS.

Par ailleurs, au cours de son deuxième vol (mission "1-19-32" du 9 décembre 1960), Armstrong calibra en vol le capteur "Q-Ball " monté pour la première fois sur l'avion de recherche à la place de la perche anémométrique, et en prévision des missions "chaudes" au-dessus de Mach 3,5. Armstrong, le plus jeune pilote du X-15 (il avait 30 ans en 1960) avait participé au programme du développement du "Q-Ball" et était donc le mieux placé pour l'essai. Il s'acquitta de cette tâche sans problème, ce qui permit à Bob White d'entreprendre une mission visant à qualifier le "Q-Ball " jusqu'à Mach 3.5, performance limite des XLR-11. Ce vol, avorté le 15 décembre 1960, intervint finalement le 7 février 1961 (1-21-36). White atteignit Mach 3,5, démontra le bon comportement du capteur, et, incidemment, déroba à Walker (c'est à dire à la NASA) le record absolu de vitesse.