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的东西。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。
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。
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。
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，重触地面导致前起落架爆胎。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。
U-2的试飞并不容易，因为该机在前所未有的高度上飞行，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-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要花一些力气，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，使人体内外压力平衡。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杀。
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。
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-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。
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。
二：失败的隐身努力
对苏侦察
托尼·莱维尔承担起培训中情局U-2飞行员的任务，尽管驾驶该机很困难，但飞行员们很快就喜欢了U-2A，部分原因是驾驶它是一项挑战，并且U-2拥有其他飞机无法比拟的高空飞行能力。当然飞行员们也为成功付出了代价，仅在1956年就发生了四起事故，导致三名飞行员遇难。
中情局在51区的U-2A机队，垂尾以NACA的名义进行掩护
到1956年春，U-2似乎已准备就绪，可以开始执行作战任务了。4月中旬，该机在美国上空进行了8次模拟侦察，测试结果令人满意，很快U-2就被批准部署英国莱肯希思空军基地。但在4月19日，一名叫莱昂内尔·克拉博的英国蛙人奉命在水下对访问朴茨茅斯港的苏联海军巡洋舰布放窃听装置，结果就此神秘失踪，英国人不想冒险再次挑衅苏联，没有同意U-2进驻。
U-2的对苏飞越被视为当务之急，该机很快被重新部署到西德威斯巴登，并正式成为“第一气象侦察临时中队”的一部分。这支作战中队实际上被简称为“A支队”，由一位美国空军上校指挥，中情局官员担任执行官。U-2的首次作战发生在1956年6月20日，飞越了东德和波兰。由于此次任务进展顺利，艾森豪威尔授权该机飞越苏联。
技术问题和恶劣天气使U-2的第二次任务被推迟到1956年7月2日，两架U-2飞越了7个东欧国家。1956年7月4日，该机执行了首次对苏飞越任务，飞行员赫维·斯托克曼从威斯巴登起飞后，飞越波兰波兹南、白俄罗斯、列宁格勒，然后折返飞过波罗的海国家。这次任务的具体目标是苏联潜艇码头和空军基地，寻找“野牛”战略轰炸机的身影。
U-2的6月20日、7月2日任务航线
第二天7月5日，卡迈·维托驾驶U-2飞过莫斯科。这座城市被云层覆盖，不过相机通过雾霾滤镜还是拍到了一些照片。这次任务还获得了莫斯科附近茹科夫斯基航空城以及一些火箭和飞机工厂的高质量图像。U-2在7月9日和10日又进行了三次任务，覆盖了东欧和苏联西部大部分地区。
卡迈·维托成为唯一飞越了莫斯科的U-2飞行员
随后对苏飞越被叫停，因为尽管中情局寄希望于苏联雷达无法发现飞在高空的娇小U-2，但该机在所有飞越任务中都被发现和跟踪，苏联人甚至在7月5日紧急出动截击机试图击落卡迈·维托，但因无法触及如此之高的目标而作罢。
卡迈·维托拍到的制造“野牛”战略轰炸机的工厂
1956年7月10日，苏联向美国递交了一份正式抗议，详细描述了U-2侵入苏联领空的一些飞行轨迹，当天理查德·比塞尔接到了暂停任务的命令。
U-2的对苏飞越带回大量情报，照片表明苏联空军的战略核打击能力被严重夸大，“野牛”轰炸机的数量远小于苏联声称的100架。事实上多年之后的解密数据证明“野牛”也远称不上可怕，其航程根本达不到苏联空军的要求。
中情局的U-2飞行员
“秋千”和“壁纸”
苏联能发现并跟踪U-2的事实立即引发中情局的焦虑，开始尝试降低U-2的雷达截面积，让该机不那么容易被苏联防空雷达发现。该项目就是麻省理工学院牵头的“彩虹”项目（RAINBOW），科学家们提出了两种得到实际应用的隐身解决方案，分别是“秋千”（Trapeze）和“壁纸”（Wallpaper）。
现在看来，“秋千”方案有些荒谬，先是用竹子然后用玻璃纤维制造的支柱在机身和机翼周围撑起串有精确间隔铁氧体磁珠的导线，用于吸收70MHz雷达波。但“秋千”增加了U-2的重量和阻力，降低了飞行高度。
U-2的“秋千”隐身改进
“壁纸”就是印刷了电路的塑料贴片，被用于吸收65MHz至85MHz的雷达波，被贴在机头、尾翼和机身等部位。“壁纸”的缺点是会导致发动机过热，实际上1957年4月一架贴有“壁纸”的U-2A就因过热而导致发动机熄火，使洛克希德试飞员罗伯特·斯莱克在跳伞时撞到了尾翼身亡。
U-2的“壁纸”隐身改进
毫不奇怪，“凯利”约翰逊不喜欢“彩虹”项目的隐身改进，把这种U-2称为“脏鸟”。但该机还是从1957年7月开始作战，不幸的是经过九次对苏飞越后，中情局意识到“彩虹”隐身改进几乎完全无效，于是在1958年5月放弃了该项目，U-2的对苏飞越再次被禁止。洛克希德开始为该机尝试使用黑色的雷达吸波涂料（RAM）。
从1956年11月下旬开始，U-2从威斯巴登起飞进行了更多架次间谍飞行，但为了降低风险该机只是靠近边界飞行。5月中情局在土耳其因吉尔利克空军基地部署了B支队，U-2从这里飞越西奈半岛，侦察英法军队对埃及的入侵。1957年B支队接管了对东方国家的侦察任务，该支队在年底前合并入A支队，一些越境飞行将从巴基斯坦拉合尔起飞。
英国人也参与了该计划，提供飞行员并获得一架U-2的所有权。英国空军飞行员先是飞越中东，然后又飞越了苏联。除此之外中情局还在日本厚木基地部署了C支队，D支队则驻扎加州爱德华兹空军基地执行国内侦察任务，这是因为格鲁姆湖附近正在进行核试验。
美国空军战略空军司令部（SAC）在德克萨斯州劳克林空军基地建立了自己的U-2部队，即第4080战略侦察联队第4028战略侦察中队，在1957年7月获得了首架U-2A。该中队执行的任务是高空大气采样，部分U-2A经过改装在机鼻增加了一个进气口并在Q舱右下方多出一个整流罩鼓包，这就是用于执行高空样本项目（HASP）的WU-2A，“W”表示气象侦察机。
WU-2A
此时中情局U-2执行了最重要的任务，该机拍摄了苏联境内的一系列战略目标，尤其是哈萨克斯坦拜科努尔火箭发射中心，这里也是丘拉塔姆导弹靶场所在地。D支队也从阿拉斯加的埃尔森空军基地起飞对西伯利亚进行侦察。
1957年以后U-2的对苏飞越次数急剧下降，到1958年只进行了一次，1959是两次，主要是风险较低的目标。虽然U-2在最初的任务中仍裸露着金属蒙皮，但现在已经被黑色的铁氧体雷达吸波涂料所覆盖，以降低其雷达可见性。
全机黑色的中情局U-2B
好运快要到头
到1959年末，美国开始担心苏联洲际弹道导弹（ICBM）的发展，因为从斯普特尼克1号人造卫星开始，苏联使用R-7火箭进行了许多令人印象深刻的太空发射，这种火箭能派生出搭载核弹头的洲际弹道导弹。苏联总理尼基塔·赫鲁晓夫也大声宣布苏联已经具备了大规模生产洲际弹道导弹的能力。苏联和美国之间的“导弹差距”似乎正在加大，这必须通过侦察验证。此时中情局正在进行一个代号“日冕”（CORONA）的间谍卫星计划，但发射并不顺利，必须还要依靠U-2。
参与U-2项目的每个人都知道，苏联最终将发展出击落该机的能力。到1960年初，苏联开始大规模部署SA-2“导线”地空导弹，这种导弹具有了攻击高空U-2的能力。不过中情局认为值得赌一把，U-2可以从巴基斯坦起飞，利用苏联南部国土防空网络薄弱的机会来执行最后一系列飞越。事实证明，美国人的好运到头了……
发射中的SA-2地空导弹
U-2的继续飞越让苏联人疯狂起来，他们试图用米格-19或米格-21战斗机以急跃升战术获得射击机会，甚至米格-19还在机腹安装了大型液体燃料火箭助推器，试图爬升到U-2所在高度。但是在空气稀薄的高空，这些战斗机的空气动力学性能就像砖块一样。
米格-19SU U-2截击机
虽然U-2飞行员有时会看到苏联战斗机从下方飞过，甚至有时会担心空中相撞，但苏联战斗机从未占据过射击位置。事实上在几次拦截中，苏联飞行员的确接到了抓住机会撞落入侵者的命令，然后再弹射逃生。苏联战斗机还会在较低高度跟随U-2飞行，希望该机因无法长时间维持高空飞行或因故障而降低高度。
U-2从巴基斯坦起飞成功完成了几次对苏飞越，但很快该机的好运气就要被耗尽了。1960年5月1日，中情局最富经验的U-2飞行员，执行过27次侦察任务的弗朗西斯·加里·鲍尔斯从巴基斯坦白沙瓦起飞，开始执行“大满贯”行动（Operation GRAND SLAM）的第24次对苏飞越，按照计划该机将降落在挪威博多。鲍尔斯驾驶的是一架换装进一步增强高空性能的J57-P-31发动机的U-2B，从某种程度上看这是一架不祥之机，曾迫降在日本的一个滑翔机机场，被媒体拍摄了大量照片。
击落鲍尔斯
鲍尔斯的任务是拍摄丘拉塔姆导弹靶场，然后在斯维尔德洛夫斯克附近的车里雅宾斯克飞越一个可疑发射场，最后侦察新建的普列谢茨克发射场。当鲍尔斯飞越丘拉塔姆时，苏联防空军开始密集拦截，米格-19战斗机试图跃升到高空，但没有成功。苏联人也开始发射SA-2地空导弹，甚至击落了一架苏联战斗机并杀死了飞行员。苏联人的疯狂拦截最终获得成功，当鲍尔斯接近车里雅宾斯克时，一枚SA-2在附近爆炸，把机翼从机身上扯脱，U-2开始翻滚着向地面坠落。
鲍尔斯的侦察航线
从受伤的U-2里逃生很麻烦，该机有一套自毁系统，会在飞行员弹射离机后延迟引爆。系统不会完全摧毁飞机，但会摧毁机密的相机装备。曾有传言说自毁系统并不会延迟引爆，以确保飞行员被同时“自毁”，当然这种说法是毫无根据的。尽管如此，自毁系统的存在仍使飞行员感到紧张，如果延迟失效怎么办？如果延迟时间没那么长怎么办？所以鲍尔斯在打开自毁开关上的保险盖时，他认为最明智的做法是先不去动它。
加里·鲍尔斯
鲍尔斯在翻滚着的U-2中被紧紧压向前方，如果此时强行弹射，他的双腿膝盖以上部位就会被仪表板切断。他决定手动逃生，首先抛掉座舱盖，然后松开安全带，他半个身体立即从座舱中被抛了出来。他试图打开自毁开关，但头盔护目镜已经被呼出的凝结水汽搞得一片模糊，经过徒劳的摸索后，他离开了飞机，开伞降落到地面。
苏联人俘虏了鲍尔斯并收集了U-2B的所有残骸。降落到地面后，鲍尔斯从银元中取出毒针并藏在飞行服口袋里，苏联人最终搜出毒针并拉来一条狗进行测试，狗子瞬间死亡。
U-2没能在预定时间降落挪威吓坏了美国人，他们意识到该机终于被苏联人击落，但感觉鲍尔斯无法在高空跳伞中生存下来。于是美国人很快抛出了U-2只是一架偏离航线误入苏联领空的气象侦察机的官方说法，为了配合这种说法，美国宇航局还向公众展示了涂有NASA白色涂装U-2，并宣布该机已经为NASA执行了数百架次飞行。
被公开展出的U-2残骸
苏联人不动声色坐看美国人的表演，然后突然向全世界公布了U-2的残骸并对鲍尔斯进行了公开审判。U-2侦察机被击落在一夜之间成为了全世界关注的焦点，美国人被狠狠打了一记耳光。
被公开审判的鲍尔斯
鲍尔斯作为间谍被判处十年监禁，最后在1962年初与苏联间谍鲁道夫·阿贝尔交换得以返回美国。鲍尔斯回国后被指控为叛国者驱逐出中情局，他在1977年的一次直升机坠毁中丧生。
这是U-2最后一次飞越苏联，由于“日冕”项目已经步入正轨，实现了使用间谍卫星侦察苏联，因此不再需要危险的侦察飞行。中情局的U-2机队规模被大幅缩减，十几架U-2中有一半被移交给美国空军，驻扎在土耳其的支队被撤销。当然这并不是U-2服役生涯的终结，该机在接下来的数十年时间里还将持续进化。
三：如何山寨一架U-2
如何山寨一架U-2
1960年5月1日加里·鲍尔斯的U-2被击落之后，其残骸相对完整。
鲍尔斯的U-2残骸
苏联政府组织了一个特别专家小队在坠机地点搜索了很长时间，收集能发现的一切残骸，其中包括最细小的碎片。收集到的残骸先被送到苏联空军在契卡洛夫的研究与测试研究院进行深入分析，所有残骸都经过了精心的整理和分类，然后其中最有价值的设备被送到各研究机构和设计局进行研究，只剩机身被拉到莫斯科马克西姆·高尔基中央公园作为美国入侵苏联领空的铁证进行公开展示。但令人奇怪的是U-2机身残骸展示了很短时间后就消失了。
赫鲁晓夫观看U-2残骸
原来此时苏联政府决定山寨U-2以填补苏联在高空侦察上的能力空白。此时苏联空军装备的高空侦察机是雅克-25RV，曾被用于模拟U-2来训练苏联的防空部队。但这种侦察机在性能上不如U-2，升限大大低于U-2的2万多米。
雅克-25RV
U-2机身残骸被运到塔甘罗格的OKB-49设计局。该设计局由别里耶夫领导，以研制水上飞机而闻名。
苏联的发动机专家们首先对U-2的发动机残骸进行了深入研究。苏联政府在1960年6月28日发布了第702-288号令，要求OKB-16设计局在喀山对U-2的普惠J75-P-13发动机进行逆向工程，苏联型号RD-16-75。U-2上的AFA-60照相机系统让苏联专家非常感兴趣，苏联空军则认为具有高空和远程飞行能力的轻重量机身很值得研究。
目前保存在莫斯科中央武装部队博物馆的U-2残骸
两个月后的8月23日，苏联部长会议在国防部和国家航空技术委员会的建议下发布918-383号令，下令利用U-2残骸山寨出首批五架S-13侦察机，其中两架在完成试飞后立即进入苏联空军服役。S-13不仅要执行侦察任务，还将被用于气象研究和气球拦截。该项目的主要目标除了使苏联空军用上顶尖的高空侦察机外，还试图通过对U-2的设计、技术和操纵特性进行的全面研究来提高苏联航空工业在设计、材料和设备制造上的能力。
项目由别里耶夫设计局担纲，配合研制的其他设计局和研究机构多达数十家。苏联政府要求头两架原型机在1962年第一季度下线，随后参加国防部和航空工业部联合进行的试飞，第49和86飞机制造厂负责S-13的批量生产。
别里耶夫S-13三面图
这些设计局和研究机构只有不到两年的时间来山寨和测试U-2的弹射座椅、降落伞、飞行员高空代偿服、高空燃料、发动机润滑油、无线电通信和飞行导航设备、无线电和照相侦察设备。由于工业制造水平上的差距，S-13的重量在1961年初显露出逐步增加的趋势，机身预计比原版重100-150千克，侦察设备比原版重10千克，其他系统和设备的重量也大都超出。1961年4月1日，OKB-49设计局冻结了全金属机身的设计，制造原型机所需的设备也准备完毕，7月1日设计局发出了制造图纸。
别里耶夫制造的S-13机头段
S-13风洞模型在中央流体研究院进行了大量风洞测试，显示出很高的空气动力学性能，升阻比达到25。
但当项目正按计划进行时，苏联部长会议在1962年5月12日发布40-191号令，突然要求停止所有S-13研制工作。人们猜测背后原因可能是美国的新一代侦察机已经转向了高空高速，并且随着导弹万能论的兴起，有人认为S-13这种高空低速侦察机在一夜之间就过时了。
当然S-13项目的努力并没有白费，为该机开发的新材料、新工艺和技术解决方案都用在了后来的苏联新型飞机的研制中。但苏联空军直到1990年才拥有了自己的高空侦察机——米亚西舍夫/莫尔尼亚M-17“神秘”。
高空气球截击机
在冷战时期，美国曾动用各种手段对苏联境内战略目标实施侦察，但在1960年加里·鲍尔斯驾驶的U-2在苏联上空被击落后，美国就再也没有派出有人驾驶侦察机飞越苏联领空，取而代之的是向苏联飘飞高空侦察气球，进行迂回情报收集。
美国海军“福吉谷”号航母放飞高空侦察气球
高空侦察气球让苏联防空军非常难堪，这种漂浮在平流层的气球很难被发现，即使被发现后，防空军的地空导弹和截击机也爬不到这种高度，不堪的现状坚定了防空军利用别里耶夫制造S-13的技术成果发展一种高空气球截击机的决心。
研制气球截击机的重任被交给米亚西舍夫设计局。这个设计局以研制战略轰炸机而闻名，曾研制过著名的米亚-4“野牛”战略轰炸机以及M-50超音速战略轰炸机，甚至还研究了M-60核动力轰炸机。米亚西舍夫的气球截击机项目代号“34号任务”，飞机绰号“海鸥”。目前关于“海鸥”的资料有限，只知道该机采用单座中央机身+双尾撑布局，机身内安装一台推力超过11800千克的RD-36-52涡喷发动机，“海鸥”这个绰号来自于其长长的倒海鸥机翼设计。
米亚西舍夫“海鸥”三面图
“海鸥”的武器为安装在机背的一座斜射遥控动力炮塔，内置两门23毫米GSh-23机炮，备弹600发。米亚西舍夫设计局还打算在翼下挂载两枚雷达制导空空导弹，通过安装在“海鸥”机鼻的雷达瞄准。
1978年12月24日下午，试飞员切尔诺布罗夫金驾驶“海鸥”原型机在大雪中进行地面高速滑行测试，由于不熟悉机翼的高升力特性，“海鸥”在滑跑中意外短暂升空。当天晚些时候，切尔诺布罗夫金驾驶“海鸥”第二次高滑，结果再次意外跃入空中，但这次切尔诺布罗夫金没有控制好姿态，一侧翼尖斜着撞在跑道旁的一辆UAZ越野车上。
为避免坠机，切尔诺布罗夫金赶紧拉杆爬升，消失在大雪中，但在接近于零的能见度中撞在了跑道旁的一座小山上，导致机毁人亡。
M-17“平流层”和M-55“地球物理学”
这次致命事故促使米亚西舍夫设计局对“海鸥”进行了重新设计，编号为M-17“平流层”。为了解决大展弦比倒海鸥机翼翼尖离地间隙小的缺点，M-17采用了更常见的梯形平直翼设计，并把发动机升级为推力更大的RD-36-51V，也就是图-114 RD-36-51涡喷发动机的非加力改型。
M-17原型机三面图
但此时美国的高空侦察气球计划因七十年代末大力发展的间谍卫星而逐渐终止，使M-17失去了自己的作战目标，结果米亚西舍夫最终只制造出两架M-17原型机。其中第一架M-17（CCCP-17401）在1982年5月26日首飞，很快打破了国际航空联合会的12项世界飞行纪录，其中5项保持至今。试飞员阿尔希片科在1990年3月驾驶该机创造了C-1i级别（陆基飞机：起飞重量在16000-20000千克之间）21830米的飞行高度纪录。
M-17 CCCP-17401
M-17的尺寸相当大，翼展40.23米，机长22.25米，都大于U-2。由于第一架M-17没有安装武器只安装了传感器，并参加了1992年对南极洲臭氧层的研究，所以北约认为该机是一种纯粹的侦察机，赋予该机“神秘-A”的代号。第二架M-17（CCCP-17103）则装备了与“海鸥”相同的GSh-23机炮。两架M-17原型机最后没有正式服役，目前都保存在俄罗斯的莫尼诺中央空军博物馆。
M-17第二架原型机
苏联空军对“平流层”表现出的高空侦察能力非常欣赏，于是委托米亚西舍夫设计局把M-17进一步发展成实用化的高空侦察机，M-17的后继机——M-55“地球物理学”就此诞生。第一架M-55在1988年8月16日首飞，该机共生产了四架，北约代号“神秘-B”。M-55共打破国际航空联合会的15项世界飞行纪录，都保持至今。
M-55“地球物理学”
M-55经过了彻底重新设计，中央机身加长，内置两台索洛维约夫D-30-10V非加力涡扇发动机，翼展缩短，机身结构加强以适应更大的起降重量和更大的载油量，并配备全新的飞控系统和复杂的传感器套件。虽然M-55沿用了M-17的气动布局，看起来有些相似，但两者已经是完全不同的飞机。
M-55四面图
M-55的传感器套件由红外、光学和侧视扫描成像传感器组成，虽然号称专为科学研究任务研制，但其军事侦察能力是显而易见的。例如在2016年，瑞典拒绝了欧盟科学家提出的租用M-55在瑞典上空进行高空实验的计划，就是担心该机顺便在自己领空搞侦察。
由于具有突出的科研和军事价值，M-55还将继续服役很长一段时间。就这样原本为了拦截美国高空侦察气球而生的“海鸥”一步步演变成了M-55，使俄罗斯最终拥有了一款能与U-2媲美的高空侦察机。
M55机身任务舱
U-2在60年代
除了鲍尔斯驾驶的U-2B，洛克希德公司还提出了另一种U-2B概念，该机将装备红外传感器徘徊在苏联边界之外，监视对方的弹道导弹发射。两架U-2A被改装成U-2D来测试该概念，在Q舱内增加了第二个座舱，并把红外传感器安装后座舱右上方的整流罩内。由于美国空军最后选择发展太空导弹发射预警系统，所以U-2B没有被采纳，两架U-2D被留作测试，前后经过多次改装。
外形奇怪的U-2D
幸存U-2大多被升级成U-2C，换装了J75-P-13B发动机，推力增加到7710千克，性能得到全面改善。U-2C具有明显增大的发动机进气口以提供更多进气，该机都升级自U-2B和U-2A，除发动机之外，有的U-2C还具有从Q舱后方一直延伸到垂尾的脊背，该机还可以在两侧机翼前缘各安装一个容量378升的“拖鞋”副油箱，并在尾喷管下方增加了“糖碗”红外屏蔽装置。规模相对较小的U-2机队从未实现标准化，在配置上几乎各不相同。
U-2C的机身改进
U-2C尾喷管的“糖碗”红外屏蔽装置
许多U-2C在背脊前部安装了空中加油插座，被重新命名为U-2F。但U-2的空中加油非常棘手，加油机尾部紊流可能导致飞机解体，即使没有空中加油，U-2任务的续航时间也把飞行员逼到了极限，如进一步增加航程，除了必须增加氧气供应外，飞行员生理承受能力也是个大问题。美国空军获得了类似的U-2E，最后空中加油被证明毫无意义，U-2E/F大多被改回到U-2C构型。
正在空中加油的U-2F
鲍尔斯事件迫使中情局停止了越来越危险的对苏飞越，B支队和C支队并入爱德华兹空军基地的D支队成为G支队。从1961年开始，中情局控制中国台湾省第35“黑猫”中队成了H支队，驾驶U-2C对大陆进行侦察，被解放军使用“近快战法”先后击落5架，使得中情局在1967年之后再也不敢派U-2进入大陆上空，U-2神话被解放军地空导弹部队终结。台湾“黑猫”中队还飞越了朝鲜和北越。
被我军击落的U-2残骸
从1960年开始，G支队开始飞越古巴，为计划中的入侵行动收集情报。1962年夏U-2发现了苏军在古巴开始部署大量SA-2防空导弹，进而发现SA-2保护的原来是苏联在古巴部署的中程弹道导弹，拉开了古巴导弹危机大戏的序幕。
美国空军战略空军司令部在与中情局的争吵中获得了上风，美国空军飞行员接替中情局飞行员开始执行对古巴的侦察。结果1962年10月27日，一架隶属第4080战略侦察联队的U-2在古巴上空被SA-2击落，飞行员鲁道夫·安德森少校当场身亡。由于事态似乎正在爆发战争方向失控，苏联总理赫鲁晓夫宣布撤回导弹，美国空军U-2继续执行对古巴苏联撤军的监视。
U-2拍摄到的苏联导弹
从1963年底开始，美国空军第4080战略侦察联队的U-2开始对北越进行侦察，行动代号“幸运的龙”（LUCKY DRAGON），后来改为“特洛伊木马”（TROJAN HORSE），最后是“巨龙”（GIANT DRAGON）。随着北越军队开始部署SA-2，飞越北越的任务被瑞安“萤火虫”（Lightning Bug）无人机（“火蜂”靶机的侦察型）接手，U-2只在国际空域沿边界进行窥探。
部署在南越边和机场的U-2
四：变身舰载机
U-2上舰
从1963年开始，至少有一架美国空军的U-2在高空清晰空气湍流（HICAT）项目下，在机鼻安装了大气数据探杆，对高空湍流进行观测。该项目持续了几年，HICAT U-2被派往世界各地进行观测，成为使用U-2执行纯研究任务的早期例子。
HICAT U-2
安装在机鼻的大气数据探杆
把U-2部署在其他国家境内执行侦察任务从来都是件麻烦事，所以中情局决定研究从美国海军航空母舰上起降U-2的可行性。
该项目于1963年8月启动，代号“鲸尾”（WHALE TALE）。增加尾钩的U-2C从圣地亚哥沿海“小鹰”号航母上的起飞测试非常顺利，无需弹射器就能滑跑起飞，特别是当航母驶入逆风时。但降落就变成一场惨败，当然这也是意料之中的事情，因为U-2一起飞就不愿降落，触及甲板导致的翼尖弹跳会让U-2C重新回到天空。
在“小鹰”号上进行上舰测试的U-2C
不管怎样，U-2C的上舰测试证明了该机上舰的具有可行性，导致洛克希德制造出三架U-2G舰载型。该机具有更强大的起落架，一个拦阻尾钩，机翼上表面的扰流板（用于在着舰时破坏机翼升力，使U-2能落在甲板上）。1964年5月，U-2G从“突击者”号航母起飞对属波利尼西亚穆鲁罗阿环礁上的法国核弹试验场进行了两次侦察，这也是U-2G执行的唯一一次作战任务。中情局之后保留了四年的航母起降能力，但U-2G再也没有执行过任务。洛克希德还制造了一架具有空中加油能力的U-2H舰载型，结果因为超重被改回到U-2G。
U-2G降落在“突击者”号航母
U-2G的尾钩成功勾住了拦阻索
60年代末第一代U-2开始被第二代U-2接替，一些U-2C被改装成U-2CT双座教练机，于1973年进行了首飞。U-2CT的第二个座舱被安装在Q舱，拥有自己独立的座舱盖。由于教练型被证明是非常有用，1975年第二批U-2C被改装为教练机。
U-2CT教练机
美国空军在1971年把两架U-2C转让给NASA，用于研究任务。这些飞机在1987年退役，成为最后退役的第一代U-2。洛克希德制造的45架U-2A中只有11架幸存到退役，有26名飞行员因各种原因身亡。
二代U-2
到1966年夏天，中情局U-2机队已经因各种原因缩减至6架，鉴于U-2数量的减少，1966年五角大楼又订购了10架新型U-2，其中6架被分配给中情局。这批飞机的型号是U-2R，虽然保留了第一代U-2的总体布局和J75-P-13B发动机，但性能更强。
两代U-2的尺寸对比
U-2R的机身拉伸，增加了Q舱的尺寸，机头也更长，可更换安装有不同有效载荷的机鼻。该机的座舱也更大更舒适，具有零零弹射座椅。增加的座舱空间使飞行员可身穿宇航员式的高空代偿服，而不是令人不舒服的紧身衣。
U-2R飞行员的“太空服”
U-2R的模块化载荷能力
U-2R的尾翼组件也相应放大，机翼中段具有安装大型有效载荷的能力，一般是形似鱼雷的“超级吊舱”，可内置不同有效载荷。U-2R于1968年开始服役，总数量12架，被中情局和美国空军瓜分。
U-2R的机翼吊舱
作为U-2EP-X（电子巡逻/实验）项目的一部分，两架U-2R在安装尾钩后在1969年参加美国海军评估，进行了航母起降测试。该项目的主要目的是评估U-2进行远程海上巡逻的可行性，为该机配备了监视雷达。
U-2R的上舰测试
内置ASARS侧视雷达的U-2R机鼻
中情局在1974年8月结束了持续18年的U-2操作，将四架幸存U-2R移交美国空军。洛克希德从1981年开始又制造了37架U-2R，其中两架成为NASA的ER-1，35架是美国空军为的TR-1，这当中包括31架TR-1A单座型和4架TR-1B双座教练机。
当战略空军司令部于1992年被撤销时，TR-1被移交给新成立的空战司令部（ACC），编入第9侦察机联队（9RW），TR-1的编号也被废弃，单座型编号恢复为U-2R，双座型则是TU-2R。
NASA ER-2
持续服役
在20世纪即将结束时，U-2变得非常忙碌，事实上第9侦察联队正以大约三倍于冷战时期的出动率操作该机，飞行员和飞机都疲于奔命，飞机损耗很大。
U-2先后参加了1990和1991年海湾战争的“沙漠风暴”和“沙漠盾牌”行动、90年代北约介入南斯拉夫内战、2001年阿富汗反恐战争、2003年伊拉克自由行动。
U-2在海湾战争期间拍摄的轰炸效果评估照片
经过持续改进之后，U-2R已经具备诸多先进标准有效载荷，包括：
光电/红外成像仪。
ASARS-2合成孔径雷达，具有对移动或静止目标的搜索和跟踪模式，在移动目标指示模式下，雷达可在实时合成孔径成像或地图绘制时标记目标。2001年诞生的ASARS-2A雷达具有更广泛的搜索范围和更高分辨率的标记模式。
SENIOR GLASS信号情报系统，由SENIOR SPEAR通信情报系统和SENIOR RUBY电子情报系统组成。
诺斯罗普·格鲁曼公司为美国空军U-2和“全球鹰”无人机研制的空中信号情报有效载荷（ASIP）。U-2从2007年12月开始对ASIP进行试飞，2008年正式装备该系统。
SENIOR SPAN和SENIOR SPUR数据链系统。
所有U-2都换装了通用电气F118-GE-101涡扇发动机，该发动机比先前安装的普惠J75-P-13非加力涡喷发动机更轻更小，推力更大，耗油率更低。升级后的飞机编号为U-2S，双座型则是TU-2S。
洛克希德·马丁公司从2001年开始为U-2实施侦察航空电子设备可维护性项目（RAMP），对现役U-2进行座舱升级。新座舱具有三个15 x 20厘米（6 x 8英寸）彩色多功能显示器，一个次要飞行显示器和新的无线电控制装置。多功能显示器从左到右提供了飞机系统数据、飞行数据、地图显示。第一台RAMP U-2S在2002年重新服役，整个升级在2007年完成。在升级中U-2还获得了BAE系统公司的AN/ALQ-221先进自卫系统，该系统由雷达告警接收机和电子对抗系统组成。
U-2S的新座舱
美国空军原计划在2012年全部退役U-2，用RQ-4“全球鹰”取而代之。但“全球鹰”需要时间发展才能达到与U-2相同的侦察能力，因此该机至少要服役到2025年。NASA的ER-2目前仍在执行重要研究任务，尚未明确退役计划。
U-2与RQ-4
