D-21高空高速无人侦察机的失踪，是中美空中战史上的最大谜案，近年来真相才逐步曝光。曾打造U-2、A-12、F-117的臭鼬工厂，就是D-21的诞生之地。
两种搭载机方案
1963年末，该项研制计划被重新命名为“机上标签”（Tagboard），Q-12也被重新命名为D-12，用于该计划的A-12也改称M-12（D代表英文daughter，意为女儿，M代表英文mother，意为母亲），美国空军从18架A-12中抽出2架改装成M-21，机身编号分别为60-6940和60-6941。M-21，即双座型的A-12，在机身背部中线、两个垂尾之间的位置安装了一个支架，用于执行任务的D-21就安装在这个支架上，机头稍微上抬。此外，M-21后驾驶舱里还设计了一个潜望镜，便于后座的飞行员（也称“发射控制员”）更好地观察D-21及更好的操纵发射。与2架M-21相配套的是，美国空军首批订购了7架D-21用于测试飞行。
1966年7月，M-21/D-21计划在一次事故之后被取消。此后，D-21改进之后发展出了D-21B，后者加装了火箭助推器，并由B-52H翼下挂载发射。经过一系列的飞行测试以及4次的实际应用之后，B-52H/D-21B计划也于1971年7月寿终正寝。
M-21与D-21的结合飞行测试开始于1964年12月22日，1965年持续了一年。第一次结合飞行测试之后，为了保证整体的气动布局性能，D-21的安装位置进行了改动，否则的话M-21的最大飞行速度无法达到3马赫，并且在飞行过程中会损害D-21。但是，由于背载D-21导致气动阻力的增加，所以结合飞行试验中不得不打开D-21的冲压发动机，这才能能使最大速度达到3马赫，而D-21的发动机则直接从母机获得燃料，直到分开脱离。
1966年3月5日，D-21无人机第一次成功于M-21脱离，实现自主飞行。总的来说，这次母机和子机的脱离非常成功，但是脱离过程中子机在母机背上停留了数秒，而在机组成员看来，“这数秒比两个小时都要漫长”，后来凯利·约翰逊指出，这种情况是非常危险的，也是他经历过的最惊心动魄的“空中机动”，因为稍有不慎就会两机俱毁。不过，这架成功脱离的D-21在飞行了数百公里之后就坠毁了，这次事件的直接后果就是中情局和美国空军对该计划的兴趣渐淡。在这种情况下，凯利·约翰逊展开危机公关，并向美国空军保证他设计的产品一定能达到服役要求。此外，凯利·约翰逊还提出了建议，希望由更大的飞机做为D-21的发射载机，并为D-21安装助推器，提高其飞行速度。
第二次飞行测试在1966年4月27进行，D-21在脱离之后一度爬升到了27400米，接近设计数据，跟重要的是其飞行速度突破了3.3马赫，尽管在飞行了2200千米之后，由于部分系统故障导致D-21最终坠毁，但是这次飞行测试还是非常成功。这次飞行测试的成功，使美国空军再次转变态度，对D-21项目兴趣大增，所以在4月底，美国空军就同洛克希德签订合同又订购了15架D-21无人机。D-21的第三次飞行测试是在1966年6月进行的，D-21按照试飞前的任务规划，飞完了整个航程，美中不足的是其任务“气密舱”在最后时刻由于电气系统故障没有弹射成功，同无人机一起自毁了。
然而，一个月之后，于7月31日进行的D-21的第四次飞行测试却是一场大灾难。在这次飞行测试中，D-21从载机机背脱离后直接撞向了载机垂尾，导致两者全毁。在这次事故中，载机的两名飞行员虽然成功弹射脱离，但是最后落在了海面上，飞行员比尔·帕克被海军直升机救起，而后座的发射控制员雷·特里克由于救生服泄气而沉入海中。这次事件之后，凯利·约翰逊迅速叫停了从M-21机背发射D-21的飞行试验，但是他认为这对整个计划的影响不大，B-52可以成为更好的载机平台。D-21计划也因此进入了新的阶段。
选定了B-52作为载机后，D-21为了能在其机翼挂载而进行了改进，改进之后称为D-21B（没有D-21A这个型号），而之前空军在1966年订购的所有D-21也都改进到了D-21B的标准。空军选出了2架B-52H进行改进，取消了两侧机翼下原本挂载AGM-28“猎狗”巡航导弹的挂架，代之以一个大型挂架，每架载机可以挂载2架D-21B。为了配合D-21B的空中发射，B-52H的驾驶舱了安排了2名发射控制员，每名控制员独立负责无人机的发射，此外载机上还增加了一套恒星导航系统，以确定无人机的空中投放位置，降低投放后无人机的飞行导航误差；机舱内新增加的温度控制系统可以使无人机在投放前的机体温度保持稳定。除了这些，B-52H还增加了一套遥控系统，在D-21B执行任务前10分钟内都可以对其进行遥控操纵。
与D-21相比，D-21B的机身下增加了一个大型火箭助推器，助推器长13.5米，重6025公斤，比D-21B还要重。为了保证投放后的飞行稳定性，助推下设计了一个腹鳍，停在地面上的时候，腹鳍可以折叠以保证不会蹭触地面。该火箭助推器的工作时间约为90秒，推力121千牛。
B-52H和D-21B的联合测试从1967年9月开始，一直持续到1969年7月。第一次空中发射D-21B的测试是在1967年9月28日，不想测试过程中出现了戏剧性的一幕，D-21B意外从翼下挂架脱离，其火箭助推器在空中着火，无人机坠毁在地面上，凯利·约翰逊称此次事故“简直匪夷所思”。之后从1967年11月到1968年1月，连续进行的3次空中发射试验都取得了成功，尽管如此，凯利·约翰逊还是要求他的团队对即将进行的第四次测试做好充分准备。也许是求胜心切，D-21B的第四次发射试验失败了。之后洛克希德公司对整个计划进行了梳理，对试验过程和实验室设备进行了详细的检测和地面测试，终于在1968年6月16日进行的测试中，取得了完全成功，在这次试验中，D-21B都按照任务前的设定飞完了全程，并且携带任务载荷的“气密舱”也成功弹射。然而事情并没有就此顺利结束，此后的两次发射试验连续遭到失败，1968年底的一次试验倒是取得了成功。1969年2月，空军在夏威夷进行了一次模拟实战的D-21B发射试验，但是试验失败了，不过之后5月和6月的发射试验取得了成功。此事的美国空军已经急不可耐，他们决定让D-21B一展身手。
