Окончательно решили использовать капсулу, которая катапультировалась вниз. В этом варианте органы управления силовой установкой и все переключатели на приборной доске находились в пределах досягаемости рук летчика. Перед катапультированием выдвигался защитный обтекатель, который герметично изолировал летчика от органов управления и приборной доски. Капсула отстреливалась вниз, при этом ни приборная доска, ни перископ не создавали препятствий. После катапультирования из задней части капсулы выдвигались две телескопические штанги с небольшими стабилизаторами, обеспечивающие ее устойчивость.
Вообще говоря, сама проблема обеспечения устойчивости капсулы в полете представляла сложную задачу. Испытания в аэродинамических трубах и сбросы макетов капсулы с самолетов должны были помочь в выборе параметров штанг и стабилизаторов. Обеспечить устойчивость капсулы во всем диапазоне чисел Маха оказалось неимоверно трудно. После сбросов капсул с бомбардировщика Боинг В-47 пустынная равнина вокруг авиабазы Эдварде была усеяна обломками разбившихся капсул. Отсутствие прогресса в создании катапультируемой капсулы тормозило проектирование передней части фюзеляжа перехватчика. Разработчики прилагали огромные усилия для решения поставленной задачи и в конце 1956 г. их ждал первый успех: была получена конфигурация стабилизаторов, которые обеспечивали устойчивость капсулы. На конце каждой из телескопических штанг был установлен стабилизатор с углом наклона вниз и наружу вбок относительно продольной оси штанги. Кроме того, стабилизаторы имели небольшую кривизну и при нахождении капсулы на борту самолета образовывали часть обшивки фюзеляжа. При этом достигалась экономия в массе конструкции.
Естественно, конструкторы пытались добиться минимальных нагрузок налетчика в момент отделения капсулы от самолета. Поэтому особое внимание уделялось траектории движения капсулы в процессе катапультирования. В одном из вариантов предлагалось с помощью четырехзвенника выводить ее вниз и назад за обводы фюзеляжа, а по другому варианту предусматривались наклонные рельсовые направляющие, обеспечивающие тот же результат. Вертикальные направляющие приводили к очень высоким перегрузкам при отделении капсулы. В окончательном варианте была принята схема с вертикальными направляющими, концевые части которых были отогнуты назад. Вертикальный участок направляющих использовался для обеспечения посадки летчика в кабину на земле: капсула выдвигалась вниз, летчик заходил в нее, после чего капсула втягивалась внутрь фюзеляжа.
Когда капсула находится внутри самолета, то органы управления самолетом, размещенные в капсуле, стыкуются с тягами, расположенными в фюзеляже, с помощью конических разъемов-замков.
Вернемся снова в март 1953 г. После технического анализа построенного макета предполагалось, что фирма Рипаблик перейдет ко второму этапу программы - непосредственному проектированию самолета. Но руководство компании решило отложить этот этап на конец 1954 г. и решило продлить первый этап на 18 месяцев и представило так называемую "Программу расширенных исследований по первому этапу". Было названо несколько причин, побудивших принять такое решение. Во-первых, необходимо было провести дополнительные исследования в области титановых технологий, в частности, процессов изготовления деталей из титана. Во-вторых, требовалось изучить поведение гидравлической системы в условиях сильного нагрева планера в полете. Далее предполагалось внести доработки в систему жизнеобеспечения летчика. Не были окончательно решены вопросы управления режимами работы силовой установки. Наконец, все еще продолжались дискуссии относительно системы обзора через перископ и конструкции катапультируемой капсулы.
Первое серьезное изменение в конструкцию перехватчика XF-103, внесенное в течение дополнительного периода исследований, касалось сопла двигателя. Квадратное сопло превратили в круглое осесимметричное. Сделано это было, в основном, по причине уменьшения массы конструкции, так как известно, что при заданных размерах круглое сопло требует меньше материалов, чем квадратное. В результате воздушные тормоза, находившиеся на боковых стенках квадратного сопла, разместились на фюзеляже сразу же перед регулируемыми створками сопла. Для улучшения путевой устойчивости размеры вертикального оперения (размах и площадь) были несколько увеличены.
Второй этап программы начался в конце 1954 г. Вплоть до января 1957 г., когда была проведена техническая инспекция проекта, продолжалось решение различных проблем, причем над конструктивным их решением преобладали политические аспекты.
Облик перехватчика XF-103 после января 1957 г. отразил все изменения как с технической точки зрения, так и боевого применения, вносившиеся с самого начала разработки. Передняя секция фюзеляжа была удлинена на 1,5 м, что позволило увеличить емкость топливных баков, использовать управляемые ракеты класса воздух-воздух с ядерной или обычной боеголовкой и усовершенствованной системой управления пуском, а также увеличить размеры отсека под носовым обтекателем для установки РЛС с антенной диаметром 1,03 м и дальностью обнаружения цели 160 км. Результатом этого стало увеличение длины фюзеляжа до 24,96 м.
