在上世纪50年代中期的冷战高峰时期，出于对苏监视和战场的需要，美国研制了一种高空侦察机，也就是洛克希德公司的U-2“蛟龙夫人”（Dragonlady）。U-2在随后的对苏飞越战略侦察任务中收获颇丰，获取了大量情报，但1960年随着一架U-2被击落，飞行员被俘，对苏飞越侦察戛然而止。但是这次事件只是U-2职业生涯的开始，经过持续不断的现代化升级，U-2至今仍是一种重要的侦察机。
高空飞行的NASA ER-2，保持了U-2早期型号的座舱布局
F-104的长翼兄弟
20世纪50年代初，冷战已进入第一个高峰。苏联氢弹在1953年8月的试验成功以及先进“野牛”喷气式战略轰炸机的服役，将在很大程度上抵消美国的核大棒战略，为此美国急需一种先进侦察机来执行对苏战略侦察的高危任务。这种任务从冷战之初就已经开始，但随着苏联国土防空军战斗机性能的增强，由轰炸机和运输机飞越苏联领空执行的侦察任务变得越来越危险。
米亚-4“野牛”轰炸机
1953年，美国空军向贝尔、费尔柴尔德、马丁公司发布了新型高空侦察机招标，项目代号“秃鹰”。最后马丁提出的RB-57D赢得竞标，该机是B-57“堪培拉”轰炸机（英国电气“堪培拉”轰炸机的特许生产型）的加长翼展型，具有低成本优势。
RB-57D
洛克希德公司虽然被排除在这次竞标之外，但总工程师克拉伦斯·A“凯利”约翰逊认为自己能拿出比竞争对手更好东西。约翰逊和他的团队设计出了CL-282高空侦察机方案，该机基本上是洛克希德F-104“星际战斗机”的加长翼展改型，并拆除了所有不必要的东西。CL-282能以925公里/小时的速度飞行在21340米高空，航程为4800公里，一次拍摄320公里宽4000公里长的地面照片，清晰度足以分辨出地面上的每个人。
基于F-104的CL-282方案
约翰逊在1954年5月向美国空军提交了CL-282方案，但军方并不感兴趣。但是柳暗花明，同月美国总统艾森豪威尔批准成立一个高级别“技术能力小组”，研究包括情报收集在内的国防技术新方向，该小组却对CL-282表现出异乎寻常的热情，结果在1954年11月24日，艾森豪威尔授权中央情报局（CIA）主导研发该机，并在1954年12月9日与洛克希德公司签订了初步合同。
“感光板”与“理想主义者”
项目获得了“感光板”（AQUATONE）的保密代号，F-104的长翼兄弟则被称为“理想主义者”（IDEALIST）。中情局为这种侦察机的未来使用制定了一个掩耳盗铃的办法，虽然飞行员都将来自美国空军，但需要先办理退役手续才能驾驶该机，这是因为该局认为文职飞行员万一在苏联上空被击落将不会那么具有挑衅性。当然这些飞行员完成在中情局的工作后可以返回空军重新服役，服役时间也会得到积累。此外中情局甚至考虑过招募外国飞行员，这个想法最后被证明不切实际。
美国空军随后也对“感光板”项目产生了兴趣，试图夺取主导权，但被艾森豪威尔否决，只是答应以后空军将获得自己的U-2中队。
中情局项目负责人是理查德·比塞尔，是毕业自耶鲁大学的一位经济学家。作为一名管理和组织型人才，比塞尔坦承自己对飞机一无所知，给予洛克希德宽松的研发环境。为了保密该项目成立了自己的办公室。
约翰逊与F-104
在洛克希德公司，出于保密要求，“凯利”约翰逊团队在独立的“臭鼬工厂”内进行飞机研发。这个奇怪的名字来自当时美国家喻户晓的动画片《Li'l Abner》，里面有座酿制“基卡普快乐水”（Kickapoo Joy Juice）的有毒“臭鼬工厂”，洛克希德之前已经在秘密飞机项目的研发中使用了“臭鼬工厂”方式。
新机现在正式成为中情局第341号项目，被工程师们称为“天使”，名义上是国家航空咨询委员会（NACA）的高空气象观测平台。
1955年7月21日在瑞士日内瓦举行的首脑会议上，艾森豪威尔提议美苏两个超级大国之间采取“开放天空”政策，双方侦察机可以在对方领土上进行侦察飞行，互相确保不在秘密准备核战争。这是一个大胆的提议，但令苏联无法接受，于是美国决定单方面对苏联实施秘密侦察。
距项目被正式被批准后还不到一年，第341号项目原型机就在1955年7月25日做好了交付准备。该机已经与最初的CL-282大不相同，不再与F-104有太多相似之处，并被赋予了U-2的正式编号，U通常是美军轻型通用飞机的前缀代码，用于掩盖其侦察机身份。U-2原型机被拆解后由两架C-124运输机运往内华达州格鲁姆湖的一个秘密地点准备试飞。
U-2原型机
这个地点就是格鲁姆湖干湖床，位于内华达沙漠的偏远部分，属于核弹测试靶场，远离民众实现。这个地方的官方名称是“51区”，但内部人士更喜欢称其为“牧场”。1955年7月29日，洛克希德试飞员托尼·莱维尔开始驾驶原型机进行滑行测试，巨大的机翼给测试造成很大困难，因为速度一起来U-2就想飞入空中，结果在第三次滑行测试中该机一下子就跳到空中，并顽固地不肯下降。莱维尔最终设法推杆降落，重触地导致前起落架爆胎。U-2的正式首飞发生在8月1日，莱维尔驾驶该机爬升到中等高度，飞机仍不想降落，但积累经验后的莱维尔最终顺利完成了降落。
完成试飞后降落格鲁姆湖干湖床的一架U-2
U-2的试飞并不容易，因为该机在前所未有高度上飞行，很难操纵，为普通飞机设计的一些机载系统在这种高度上的工作效果也不佳。U-2在其巡航高度处于其飞行包线的危角，巡航速度非常接近失速速度，此外该机的结构非常轻巧，俯冲之类的激烈机动会撕裂机身，飞行员还必须以机鼻扬起的姿态缓缓降落。由于超长机翼，该机在起降中对侧风非常敏感，机翼产生的巨大升力也使降落变得很困难。从好的方面来说，正是这幅机翼使U-2可以爬升到前所未有的高度。
U-2的超长机翼
试飞中暴露的问题一一得到解决，到1956年底该机做好了量产准备，中情局订购了首批20架U-2A生产型。包括一架原型机在内，洛克希德共制造了45架U-2A，其中半数交付美国空军。
“蛟龙夫人”的秘密
U-2“蛟龙夫人”这个绰号来自美国空军的U-2采购项目，该机实际上是一架喷气推进滑翔机，滑翔比高达25：1，比许多滑翔机还要好。U-2采用大展弦比平直中单翼和传统尾翼布局，控制表面布置也很传统，具有单块式襟翼、副翼、升降舵、方向舵和配平片。
U-2A三面图
U-2的多数控制翼面依靠人力驱动偏转，除配平片为电动和襟翼为液压驱动，后机身两侧还有一对液压驱动俯冲减速板。由于驱动这些大型控制面压花一些力气，所以U-2没有采用单手操纵杆，而是双手控制的操纵盘，直接沿用自二战时期的洛克希德P-38战斗机。
U-2的驾驶盘
U-2的座舱盖向左侧铰接打开，没有抛盖系统，最初座舱内也没有弹射座椅，不过洛克希德公司很快为机队换装了轻型弹射座椅。座舱增压仅能保证飞行员体内血液在低压下不至于沸腾，所以起飞前飞行员需要预先呼吸上一小时纯氧以清除血液中的氮气，避免高空减压病。飞行员需要身着高空代偿服，这种飞行服也被称为压力服，但内部没有增压，而是一种紧身服。如果座舱失压，代偿服上的侧管会自动充气，拉紧飞行服对人体表面施加压力，持人体内外压力平衡。这种代偿服非常不舒服，会让飞行员大汗淋漓。
U-2早期型飞行员的高空代偿服，此人就是后来被击落的鲍尔斯
飞行员配有一个求生包，内有现金和7.62毫米无声手枪等物品。中情局还暗示U-2飞行员如果被击落，可以用求生包内一枚内藏剧毒银针的银元自*。
U-2机身限制过载仅为2.5g，无法容忍粗暴操作。该机的翼梁甚至没有贯穿机身，只用螺栓固定在两侧。“凯利”约翰逊甚至不想为U-2安装起落架，希望该机能在小车上起飞，然后做机腹擦地降落。但试飞工程师告诉他这样做将使飞机无法完成试飞，所以最后才配备了自行车式起落架，具有大型双轮前起落架和小型转向后双轮起落架。
U-2飞行员生存套件
该机在翼尖位置还安装有被称为“高跷”的小型辅助轮，飞机升空时会自动脱落。U-2的下垂翼尖采用钛合金制造，被用于在降落时保持机身平衡。U-2主起落架的位置很不理想，不仅让降落变得更加复杂，还使飞机容易在跑道上打转，所以U-2的降落过程必须非常轻柔，才能避免硬着陆损坏飞机。为此洛克希德专门开发降落操作程序，一辆带无线电的跑车会在U-2降落时沿跑道狂奔抵近观察，实时向飞行员报告高度，让其掌握触地时机。一旦飞机停下来，“高跷”就会被重新安装在翼尖下方，允许飞机在地面滑行。
从追逐车角度看U-2降落
U-2A安装一台普惠J57-P-37A涡喷发动机，推力5080千克。U-2原型机安装的是未进行高空优化的J57-P-37，经常会在到达巡航高度之前熄火。燃油在高空也会遇到麻烦，标准的JP-4和JP-5航空煤油会在高空沸腾或冻结。二战英雄吉米·杜利特（B-25轰炸东京指挥官）此时在壳牌石油公司任职，在了解到U-2需求后说服壳牌开发出一种名为JP-7的低挥发性燃料。
U-2的发动机具有长长的尾喷管
U-2A原型机在首飞中没有涂装，金属蒙皮反射的阳光导致报纸公开报道了在内华达州天空中出现神秘亮光。之后U-2被漆成亚光午夜蓝色，使其在其太空边缘飞行时不再那么显眼。
鲍尔斯U-2C残骸，蓝黑色涂装，色号FS25044
照相机系统
U-2照相机系统的研发是另一项重大挑战。U-2最初采用了传统的三相机航空摄影系统，一部相机垂直朝下，另两部拍摄两侧，以此在高空拍下地面全景照片。这种早期的A相机很快就被更先进的B相机取代，该相机是拍立得一次成像照相机发明者爱德温·兰德和一位名叫詹姆斯·贝克的天体物理学家合作的产物。
U-2 Q舱中的早期照相机系统
B相机由加州Hycon公司制造，光学玻璃由西德Schott公司提供。相机内置的两个胶卷共长1600米，宽22.9厘米。在拍摄中两个胶卷卷轴沿相反方向缠绕，以保持飞机的重心。照相机使用一面旋转镜拍摄从地平线到地平线的图像，这样照片就能配对成立体图像以供分析。B相机在U-2巡航高度的最佳分辨率为3米，比当时最好的侦察照相机高出四倍。
集成度更高的B相机
B相机被安装在U-2A座舱后面的“Q舱”中，上下方都开有大尺寸舱门。为了保证Q舱和其后E舱（电子设备舱）的贯通，所以U-2的机翼翼梁没有穿过机身。Q舱还可以用于安装其他有效载荷，例如System-V信号情报（SIGINT）设备，可用于截获并记录苏联雷达信号。Q舱将使U-2可内置一系列不同的高度专业化载荷。
U-2座舱后的Q舱
