由于双方都不了解对方军队的实力和能力，苏联和美国之间的冷战僵局在二十世纪五十年代开始恶化。1955年7月21日的4国日内瓦首脑会议重启东西方对话，试图增进互相了解以降低日益增长的冷战紧张局势。
参加会议的四国是苏联、美国、英国和法国。美国总统艾森豪威尔在会上提出“开放天空”提议，让美苏互相之间每年进行有限架次的侦察飞行来检查军力规模，但被赫鲁晓夫否决。
明着来不行，美国就决定秘密对苏侦察。九个月后，六名中央情报局飞行员和十架洛克希德U-2高空侦察机准备就绪，开始了“感光板”计划。
U-2的对苏侦察
艾森豪威尔批准“感光板”计划的主要原因是一份美国国家情报评估（NIE）报告指出，苏联标准的P-20 V型波束雷达（北约代号“象征”）“无力探测18300米高度以上的目标”。在听取“感光板”计划的详细介绍之后，艾森豪威尔希望尽快对苏联境内的所有重点目标实施侦察，他还明确表示如果U-2被苏联雷达跟踪，他将停止入侵苏联领空。
（神秘的U-2在1955年夏首飞，该机的飞行高度在21300米以上以避免被探测到。但1956年春U-2在东欧上空的早期行动中，即便在这种高度还是能被陆基雷达发现和跟踪）
1956年4月，两架U-2被部署到欧洲，在临时第1气象侦察中队（WRSP-1）的幌子掩护下进驻英国萨福克郡莱肯希思皇家空军基地。随后U-2前往西德，1956年7月4日，中情局飞行员赫维·斯托克曼从威斯巴登空军基地起飞完成了首次对苏侦察。这次代号2013的任务覆盖了明斯克和列宁格勒周围的目标，但斯托克曼透过偏航观测器看到下方有米格战斗机在爬升企图拦截，与所有美国人希望的相反，这次飞行已经被苏联人发现。
U-2紧接着执行了另外四次侦察，忍无可忍的苏联外交部在7月10日提出抗议，艾森豪威尔立即暂停“感光板”计划。
总统非常恼火，因为报告作出的保证被证明是错的。当侦察任务最终恢复时，艾森豪威尔对该计划提出更严格的要求，他对中情局U-2项目经理理查德·比塞尔下令：必须让雷达无法发现U-2。
（1956年8月洛克希德在麻省理工学院林肯实验室的协助下启动了“彩虹”计划，试图通过特殊涂料和外部隐身措施来解决U-2易被雷达探测的问题。该计划没有获得成功并在1958年5月被取消）
1956年8月16日，比塞尔召集技术会议探讨U-2在雷达下隐身的可行性。
“臭鼬工厂”的头头克拉伦斯·“凯利”·约翰逊
洛克希德臭鼬工厂负责人克拉伦斯·“凯利”约翰逊后来在回忆录中写道：“……会议一直开到凌晨1点半，我们喝了两瓶苏格兰威士忌。早上七点，我们又起来讨论，其中包括迪克（比塞尔）。到中午，我们已经启动了‘X’项目，这就是我现在最重要的工作。”
第二天中午，他们启动了一个项目来研究各种雷达隐身技术，保密代号“彩虹”。
该项目由埃德温·兰德博士主持，他通过马萨诸塞州列克星敦的麻省理工学院（MIT）林肯实验室主任马歇尔·霍洛威招募了几位雷达专家。
他们在林肯实验室（辐射实验室，通常被缩写成Rad实验室）楼顶上的一个保密建筑内展开研究。团队专家包括弗兰克·罗杰斯博士（林肯实验室雷达部副主任）和诺姆·泰勒。而就在两年前，正是极具影响力的兰德专家小组向艾森豪威尔建议了投产U-2，并且让中情局而不是美国空军来执行侦察苏联的任务，这在当时引起很大争议。
艾森豪威尔的政治意愿就这样推动了隐身技术的发展和作战部署，洛克希德公司将与民间情报机构合作来实现这一目标。
“壁纸”、“秋千”和“导线”
小组面临的问题是U-2在苏联上空遇到的V形波束（65-86 MHz）低频率预警监视雷达，此外还有高频率S波段（2-4 GHz）和X波段（8-12 GHz）目标截获雷达。由于当时宽波段（适用于所有不同频率）隐身解决方案在技术上无法实现，所以需要开发不同的技术和材料来应对不同雷达系统。
第一代吸波材料“壁纸”
专家们最终研究出两个有限的解决方案，一种是对付S波段雷达的Echosorb雷达吸波材料（RAM），绰号“壁纸”，贴在U-2机身下方。这种材料仅厚6.35毫米，由玻璃纤维、蜂窝垫片、石墨浸渍层、耐用保护层和外层油漆组成。石墨浸渍层的电子特性使Echosorb表现得好像更厚的吸波材料，也就是说虽然其厚度仅为1/16波长，却相当于1/4波长的吸波材料。
把这种石墨层覆盖在飞机蒙皮上后，能吸收部分入射雷达能量。
进入石墨层的剩余能量在遇到U-2的金属蒙皮后会被反射，但这些“出射波”会抵消反射波，因为它们彼此相位相差180°。科学家还发现在“壁纸”每个方格中心开个小口后，可产生共振并降低X波段（8-12GHz）雷达回波。
但小组遇到的最大困难是如何对抗苏联V型波束预警监视雷达及其4.26米波长。Rad实验室与臭鼬工厂电子工程师组成的小团队最终研制出被称为“秋千”和“导线”的两套系统。
安装了“秋千”系统的U-2
“秋千”就是沿U-2机翼和平尾前后缘沿翼展方向布置的一组镀铜钢丝，为了调整阻抗，导线上被精确串上了铁氧体磁珠。
前后导线之间通过弦向导线相连，同样用铁氧体磁珠来调谐频率响应。因此“秋千”就成为一个慢波结构，通过感应电流来抑制U-2机翼和平尾平面产生的菱形旁瓣。
为了抑制U-2的机身反射（这些反射发生侧面的某些入射频率上），团队研制了“导线”系统。该系统基本上是由沿机身和垂直尾翼表面规律布置的串有铁氧体磁珠的导线组成的索尔兹伯里屏（能降低物体表面的无线电波反射）。每根长导线相当于偶极子，抵消了雷达信号。
中情局为“彩虹”项目专门提供了两架U-2，驻扎在内华达州水城（一个专门建立的秘密行动基地，后来被称为“牧场”和51区）。改装后的U-2在飞行测试中显示，“秋千”把70MHz回波降低了20分贝，把S波段回波降低了约10分贝，总体来说通过降低U-2的雷达截面积（RCS），该机被雷达发现的距离降低到原先的一半。但由于导线增加的阻力，U-2的航程缩小了20%，飞行高度降低了1524米。
1957年5月6日，比塞尔和中情局局长艾伦·杜勒斯向艾森豪威尔报告了“彩虹”项目的成果。比塞尔非常乐观地预测经过改装的U-2在飞越苏联时能完全避免被雷达发现。
在一次作战评估行动中，一架U-2从土耳其起飞在1957年7月21日和30日两次进入苏联领空，结果机载5号系统（多频雷达记录仪）仍显示苏联雷达在U-2迎头飞来和背向飞离时仍发现了该机。进一步测试表明U-2进气道、座舱和尾喷管的回波暴露了飞机，当时的隐身技术还无法处理这些部位，显然需要更激进的设计。
飞碟与隐身飞机
1958年1月，中情局赋予“彩虹”项目的第二阶段以“热情”（Gusto）的保密代号，正式结束了第一阶段。比塞尔知道第二阶段在采用高技术的同时带来了高风险，所以为了协助方案评估，他再次聘请兰德担任顾问小组主席。
最隐身的外形居然是飞碟？
林肯实验室的弗兰克·罗杰斯重回基础研究，试图搞清楚雷达回波和飞机物理外形之间的关系。为了研究方便，他把气动外形的实用性放在一边。他惊讶地发现把六卷不同直径的传真记录纸（这种纸具有恒定阻抗）叠加在一起形成碟形后，其总体阻抗就降低到了300欧姆，仅相当于空气阻抗，于是这个碟形物体就在雷达面前消失了。罗杰斯于是提出了一种飞碟状宽波段隐身外形，有效工作频率很宽，但不幸的是这种外形在空气动力学上是不稳定的。但该方案给比塞尔留下了深刻印象，并指示罗杰斯和泰勒向约翰逊展示他们的发现。
罗杰斯张嘴就说隐身飞机的理想形状是飞碟，约翰逊惊呼：“上帝啊！”，自己可无法制造出一架飞碟，罗杰斯显然对空气动力学一无所知。同样好战的罗杰斯反驳说约翰逊显然对雷达一无所知，于是这次会议就不欢而散了。
罗杰斯和泰勒明智地决定把U-2后继机的设计决定权留给约翰逊，然后再教会他如何把隐身技术融入自己的设计。
约翰逊和他的臭鼬工厂团队在一开始搞出了一些亚音速低RCS设计，内部代号“热情”Model 2。
他们在这个总代号下研究了数种设计，在其中一个被否决的设计上，机翼前后缘被开了凹槽，镶嵌有三角形楔形梯度介电材料。这种被称为“软化”的技术可避免雷达波遇到飞机时波束阻力发生突然变化（正是这种极速变化导致了反射回波）。应用“软化”技术后，入射波会先遇到三角形介电材料（机翼前缘），在其内部耗散产生电流，由此把无线电波的电磁能转化为热能。
随着波束逐渐抵达三角楔形的尖端，波束阻力也逐渐降为零，与相邻的金属结构匹配。这项技术由臭鼬工厂的Ed·罗维克发明，将在约翰逊最终设计的隐身上发挥重要作用。
隐身和飞机性能之间看似存在矛盾关系，苏联雷达技术也在快速发展，不可避免地会用更多频率，约翰逊深信这些因素将使寻找飞机隐身斗篷的道路变得更加泥泞。
1958年4月21日，约翰逊开始勾勒他的第一个3马赫设计。该设计把高空高速性能而不是隐身作为飞机生存能力的核心，他在自己的笔记本上把该设计命名为U-3。
“我勾勒出第一个‘大天使’方案，这是一架3马赫飞机，航程7408公里，飞行高度在27430米到28960米之间。”于是这个笔记本在后来被叫做“大天使”笔记本（内部人士经常把U-2叫做“凯利的天使”，用“大天使”称呼这个具有飞跃性的新设计似乎很合适）。
约翰逊花了几天时间来完善自己的高速设计，然后提交给比赛尔。
弗兰克·罗杰斯的林肯实验室小组随后对约翰逊的U-3进行分析，评估该设计的速度、高度和RCS，从而计算出该机的驻留时间，也就是飞机在雷达照射下被探测到的时间。他们分析了三个不同频段，从70600Hz到3000MHz。这份高度重要的报告被叫做“尖头回波扫描研究”，也被称为“罗杰斯效应”。报告最终确定出U-2后继机的具体设计目标：3马赫、高度27430米、RCS不超过10平方米，最好不超过5平方米。
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