Х-15 был и остаётся первым пилотируемым гиперзвуковым летательным аппаратом, совершавшим суборбитальные космические полёты. Эти сложные пилотируемые полёты начались 17 сентября 1959 года. Ракетоплан устанавливался под крылом самолёта-носителя В-52, на высоте свыше 12 тысяч метров отделялся от него, набирал высоту и скорость и через 10–15 минут приземлялся на дне высохшего озера. 17 июля 1962 года этот ракетоплан почти достиг границы в 100 километров от земной поверхности. В дальнейшем он поднялся на 202 километра, достигнув скорости 6,72 М. В 1968 году программа была прекращена. Всего по этой программе было выполнено 199 (по другим данным — 192) полётов.

Ещё более амбициозной была программа создания пилотируемого орбитального самолёта Х-20 Dyna Soar (от Dynamic Soaring — возможно: активное парение), претендовавшего на роль и космического перехватчика, и разведчика, и ракетоносца. За основу разработки была взята концепция немецкого орбитального бомбардировщика Ойгена Зенгера времён Второй мировой войны. Выведение Х-20 на орбиту предполагалось осуществлять с помощью доработанной ракеты-носителя «Титан». При входе в атмосферу аппарат мог совершать аэродинамический манёвр, изменяя наклонение орбиты, что делало нахождение аппарата труднопредсказуемым и давало очевидные военные преимущества. Было изготовлено несколько массогабаритньгх макетов аппарата, проведён ряд специальных исследований, сформирован отряд астронавтов из семи человек, куда, в частности, входил будущий первооткрыватель Луны Нейл Армстронг. К концу 1963 года на эту программу было потрачено 410 миллионов долларов, но она была закрыта секретарём по национальной безопасности Робертом Макнамарой в пользу программ «Джемини» и MOL (Military Orbital Laboratory — Военной орбитальной лаборатории).

В работах по ракетопланам участвовали крупнейшие аэрокосмические фирмы: Bell, McDonnel Douglas, Northrop Grumman, Lockheed Martin, North American, Rockwell International, Pratt-Wittney, Boeing…

Отметим, что 40-е годы XX века, отчасти совпавшие с периодом Второй мировой войны, были временем величайших технических свершений, когда в течение десяти лет ведущие страны мира сумели овладеть атомной энергией, создать реактивную авиацию, поднять ракетостроение на невиданную ранее высоту.

Ведущие авиационные конструкторские бюро страны, возглавляемые высокоодарёнными и энергичными специалистами А.Н. Туполевым, В.М. Мясищевым, П.О. Сухим (последним в меньшей степени), внимательно следили за развитием задачи аэрокосмического полёта в космос, отнюдь не желая упускать возможность работы над этой престижнейшей, хорошо оплачиваемой исторической задачей.

В 1956–1957 годах внутри ОКБ Туполева был создан отдел «К» (под руководством его сына — Алексея) для работ в области беспилотных авиационных и ракетных систем. В 1958 году отдел «К» начал работы над ударным беспилотным комплексом «ДП» (дальний планирующий), состоящим из ракеты-носителя (предполагалось использовать модификации боевых ракет Р-12 или Р-16) с полезной нагрузкой в виде планирующего ракетоплана, оснащённого термоядерной боевой частью.

В 1959 году отдел приступил к рабочему проектированию экспериментального прототипа боевого комплекса «ДП» — беспилотного самолёта «130» (Ту-130). В окончательном виде он стал «бесхвосткой» массой 2050 килограммов и сравнительно небольших размеров: длина — 8,8 метра, размах крыла — 2,8 метра, высота — 2,2 метра. Ту-130 фактически являлся головной частью баллистической ракеты. Его фюзеляж и крылья обеспечивали создание подъёмной силы, что позволяло резко увеличить дальность стрельбы всей ракетной системы по сравнению с обычными боеголовками. При этом Ту-130 рассчитывался на скорость около трёх километров в секунду. В опытном производстве заложили серию из пяти экспериментальных Ту-130, и в 1960 году первый планёр был готов к оснащению оборудованием и стыковке с РН — модифицированной Р-12. Однако его судьбу решили успехи в создании советских МБР. По постановлению от 5 февраля 1960 года работы прекратили.

После запуска на околоземную орбиту первых ИСЗ встал вопрос о полёте человека в космос. Как запустить, было ясно — ракетой. А в вопросе возвращения из космоса были возможны варианты: неуправляемый спуск в капсуле по баллистической траектории или управляемый в крылатом аппарате.

По просьбе С.П. Королёва авиационное ОКБ-256 П.В. Цыбина в 1958 году приступило к разработке эскизного проекта планирующего космического аппарата (ПКА) для одного члена экипажа. ПКА имел трапециевидное крыло и нормальное хвостовое оперение, особенностью конструкции было складывавшееся в аэродинамическую «тень» фюзеляжа крыло. При стартовой массе 4,7 тонны и посадочной — 2,6 тонны аппарат имел длину 9,4 метра, размах крыла 5,5 метра. Продолжительность полёта планировалась 27 часов. Проект предусматривал вывод ПКА с космонавтом на борту на орбиту высотой 300 километров посредством ракеты «Восток». После орбитального полёта ПКА должен был возвратиться на Землю, совершив планирование в плотных слоях атмосферы. В начале спуска аппарат, используя подъёмную силу несущего корпуса, тормозился до скорости 500–600 метров в секунду, а с высоты 20 километров планировал с помощью раскрывающегося крыла, первоначально сложенного для защиты от перегрева. После продувок, выполненных в ЦАГИ, выяснилось, что тепловые нагрузки значительно превосходят расчётные, а узел шарнира поворотных консолей крыла находится в «термоперегруженной зоне». Возникшие проблемы и успешные испытания корабля «Восток» определили прекращение работ по ПКА. После ликвидации КБ в октябре 1959 года П.В. Цыбин перешёл на работу к своему старому другу С.П. Королёву, к нему же попали и чертежи ПКА.

В 1957–1960 годах воздушно-космические аппараты (ВКА) М-40, М-46, М-48 разрабатывались в ОКБ-23 В. Мясищева. Они предназначались для использования с ракетой Р-7. Последний вариант получил название ВКА-23 и впервые предусматривал применение плиточной керамической теплозащиты. Это был небольшой самолёт типа «летающее крыло» малого удлинения с двухкилевым вертикальным оперением на законцовках крыла. Общий вес аппарата составлял 4,5 тонны, длина — 9 метров, размах крыла — 6,5 метра, высота по килям — 2 метра. Аппарат был способен поднять полезный груз 700 килограммов на орбиты высотой до 400 километров. К марту 1960 года были просчитаны несколько вариантов ракетоплана, но начавшаяся кампания против авиации положила конец и этим разработкам.

Владимир Николаевич Челомей, хорошо знакомый ещё с немецкими работами по ракетопланам, пристально следил за американскими работами в этом направлении. К началу 1960 года техпредложения ОКБ-52 на уровне эскизных проектов включали несколько разработок по ракетам-носителям с диапазоном собственных весов от 150 до 1950 тонн при полезной нагрузке от четырёх до 85 тонн.

Космические аппараты, предлагаемые ОКБ-52, включали в себя космоплан, ракетоплан, управляемый спутник, управляемую боеголовку. «Это были любимые темы Владимира Николаевича, к которым он не раз возвращался», — вспоминает Почётный Генеральный конструктор НПО машиностроения Г.А. Ефремов.

Постановлением ЦК КПСС и Совета министров СССР № 715–296 от 23 июня 1960 года «О производстве ракет-носителей, спутников, космических кораблей для Военно-космических сил в 1960–1967 гг.» фирме В.Н. Челомея была поручена подготовка эскизного проекта пилотируемого орбитального (или суборбитального) ракетоплана для маневренного полёта, аэродинамического торможения в атмосфере и торможения посредством парашютов при приземлении на аэродром. Полная масса должна была составлять от 10 до 12 тонн, дальность планирования во время возвращения от 2500 до 3000 километров. Беспилотный вариант ракетоплана (1961 год) должен был предшествовать пилотируемому, создание которого предполагалось в 1966 году. Готовый вариант перехватчика спутников должен был быть проверен в 1962–1964 годах.