艾森豪威尔还深知，一旦前苏联知道后抓紧研制对抗手段，此项目就会前功尽弃，因此要求采取非常措施，避免卷入官僚体制。1954年12月9日，先期订购20架的合同签字，项目代号“理想主义者”，“臭鼬”工程队将其称为“天使”。
▲中情局名人理查德·比斯尔
中情局新局长杜勒斯将U-2作为中情局加强技术情报手段的重大措施，由特别助理理查德·比斯尔独立负责。比斯尔挑选了精干的特别小组，在中情局总部以外秘密设立了机构，财务和行政完全独立，最多时有250人，其中30人负责安全。飞机被冠以“U”（Utility，通用机）的代号。
▲中情局关于U-2的解密文档
▲早期型U-2的宣传画
▲与U-2竞争的贝尔X-16方案
实际上，U-2在1956年6月服役前，中情局估计它能在前苏联上空平安飞行的时间为18个月至两年。任务开始后，由于证据显示前苏联能够跟踪和试图拦截U-2，比斯尔很快将这个安全期预计减至6个月。
约翰逊也很快组成了29人的研制小组，在加州伯班克附近贫民窟式的秘密厂房中加班加点，所有人员的档案中将有一段两年的空白。
8个月后，耗资1900万美元的首架“天使”样机宣告完成，机长15.15米，翼展24.44米。为容纳J57发动机，其机身被加长加宽。仅5448千克的空重只相当于X-16的载油量，相应的代价是：铝蒙皮仅厚0.05厘米，没有一般飞机的结构加固件，尾翼只由3根1.6厘米螺栓固定，整个飞机在某些状态下只能承受+1.8g和-0.8g的过载。狭窄的座舱用的是驾驶盘而非驾驶杆，虽然采用了增压设计，仍没有弹射座椅。
▲1956年秘密勘测51号地区的人员
配套的有3种照相机，A型（KA-80A）是一套三台，一台垂直拍摄，两台倾斜拍摄。C型焦距1676毫米，用于高分辨率技术情报。
▲格鲁姆湖1917年的照片
▲格鲁姆湖（图正中）
▲U-2的生产车间
B型（HR-73B）是主要设备，用一个焦距914毫米的可转动镜头提供全景式覆盖，可在所有高度自动对焦。两卷柯达新型高速、高敏感胶片图，每卷长1524米，每拍一次两卷同时曝光，从而组成一个457×457毫米的幅面，覆盖地面201千米宽的范围，一共可拍4000对照片。发动机振动的影响、飞机移动造成的相对于地面的角度变动，这种相机都能解决。在21336米高度拍摄时，照片分辨率0.76米，约每毫米600线，即照片上每毫米可以区分出600根独立的线条，相当于从20000米高空识别一个篮球。
又长又窄的机翼是“天使”高空性能的关键，由于其较大的展弦比、大曲度和较低的翼载，具有最好的升阻比和巡航效率。当然，长机翼都会产生较强的俯仰力矩，特别是在高速和湍流中时，这由全动式尾翼来补偿。
▲2003年7月拍摄的第51号地区卫星照片
装在机翼里的油也很特殊，由于该机可能在零下70.6摄氏度的气温下工作8小时以上，普通的燃油会冻住。壳牌石油公司研制了一种特殊燃油，在高空21336米以上的低温和低压下既不冻结也不蒸发。
1954年底，约翰逊选中洛克希德首席试飞员安东尼·利维来首飞，他是个老手，曾从一架被脱落的发动机切成两半的P-80喷气战斗机中弹射出来。U-2的试飞和训练都不能在空军或公司的场地进行，得选一个秘密场所。连选址工作也是保密的，利维等人借口到新墨西哥州打猎，穿得一副度假打扮，驾机出行。飞机飞出地面视野后才改变航向。在加州南部、内华达州和亚利桑那州的沙漠内遍布的干湖床中，他们最后看中了内华达州林肯县某山谷中一块X形场地。这里面积有几平方千米，光滑得像台球桌，简直就是另一个爱德华兹基地，从此这里被命名为“格鲁姆湖”，随后几十年中成了美国多数秘密军用机试飞的基地。
▲U-2早期试飞情景
▲U-2早期试飞地(www.xing528.com)
▲U-2在格鲁姆湖试飞
该地的西边和南边都是靶场，东边是格鲁姆山，北边数千米有海拔2859米的秃山。拉斯维加斯在其西南106千米。西边的山外还有内利斯空军基地和原子能委员会的核试验场。唯一的交通工具是飞机。
▲首飞U-2的洛克希德首席试飞员利维在XF-104上留影
不久，政府将核试验场的禁区范围扩展到此。为掩盖洛克希德公司的参与，搞了一个以约翰逊的姓名缩写CLJ为名的公司，基建规划由有核试验场施工特种执照的公司完成。
1955年夏，试飞中心在37.8摄氏度高温下开工，施工人员完全不知道它的用途。试飞设施耗资80万美元，只占用了西南一侧，包括1524米的跑道和两座机库。然后，两位试飞员开着车在这里转了近一个月，将干湖床上的障碍和杂物清除干净。约翰逊给它取名“天堂农场”，其实这里每天下午都是风吹石头满地跑。
▲U-2试飞员
▲U-2的早期试飞
此时，称为“341项目”的第一架样机也完成了，没有任何标记的飞机被拆散，在凌晨空运到格鲁姆湖。1955年8月1日的首次滑行试验速度达到了93千米/小时，第二次滑行，达到130千米/小时速度时，利维将油门收到慢车，却发现飞机已离地6米。降落时，从光秃秃的干湖床上根本无法判断高度，最后以左翼尖滑橇、左支撑轮、主起落架的顺序重重地触地，并弹回空中，重新控制住后才着陆成功，滑跑结束时右轮居然爆裂起火。
8月4日的首飞不太顺利，T-33跟踪机起飞后，“天使”就开始启动，可等到跟踪机都降下来加油时还没成功。终于，“天使”滑跑30秒后离地，试飞员报告“像婴儿车一样好驾驶”。降落时，该机更展示了不凡的性能，油门几乎收到慢车，襟翼部分放下，气动减速板张开，飞机仍在平稳滑翔，试了4次前轮接地都不成，直到最后两点同时接地。
▲中情局局长艾伦·杜勒斯
爬出座舱后，利维冲刚从T-33跟踪机上下来的约翰逊抱怨，说约翰逊是想害死他，后者回答道：你也是（You too）。据说虽然“U”是指Utility（通用机），但为何叫U-2，则来源于此。
▲隐藏在51号地区机库内作准备的首架U-2
▲试飞中的U-2
随后，该机达到最大速度0.84马赫，高度15240米以至22707.6米，有三次打破了1955年8月29日“堪培拉”创造的20083.27米的世界纪录，只是秘而不宣。到1955年11月，已有四五架U-2试飞，活动范围始终不离基地322千米内，不久又开始飞到距基地1603千米的三角形航线试飞，持续9.5小时。1956年2月16日，U-2在亚利桑那州首次发生坠毁。
中情局将U-2从20000米以上拍摄的照片交给艾森豪威尔，照片上是他在佐治亚州奥古斯托夫打高尔夫球时从地上捡球，总统同意由中情局管辖U-2，并要求战略空军司令部调来的飞行员必须改文职身份，与中情局签合同。
U-2试飞时，为防止泄密，洛克希德公司试验人员每周一早上从伯班克乘空军C-54运输机到基地，周五晚上再飞回去，1955年11月17日晨班机在拉斯维加斯附近撞山，14人丧生，空军称他们是文职人员，新闻界猜测是与核试验有关的科学家。在这一计划的头20年中，共有45名飞行员和支援人员身亡。
▲第51号地区及其周边试验场
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