Первый полет связки D-21/M-21 состоялся 22 декабря 1964 г. (кстати, в тот же день, что и первого экземпляра SR-71А) под управлением Билла Парка, причем сразу же была превышена скорость звука. Успешное начало дало основания оптимистам назначить дату первого разделения на 27 февраля 1965 г. – день рождения «Келли» Джонсона. Однако об этом благом намерении вскоре пришлось забыть, т.к. на испытателей обрушился поток проблем, в основном, связанных с работой бортового оборудования D-21. Когда его более-менее отладили, в апреле в одном из полетов на беспилотнике в результате флаттера разрушились оба элевона. В другом полете с «дочки» начисто сорвало обтекатель, прикрывавший воздухозаборник, и его обломки сильно повредили крыло маленького аппарата.
Несмотря на по-настоящему самоотверженный труд (пусть никого не смущает советский штамп в применении к американцам), команде «Сканк Уоркс» никак не удавалось разогнать связку двух аппаратов до нужной скорости. Кроме того, она не добирала расчетной дальности полета. Причиной были проблемы с двигателями J58.
Но все же «Келли» не зря считают гениальным конструктором. Проблему с прочностью обтекателя, а заодно и несколько других, он решил просто и изящно: оба – носовой и хвостовой обтекатели «дочки» – он убрал совсем. Теперь прямоточный двигатель D-21 запускался заранее (при М=1,24) и использовался для увеличения общей тяги связки.
Первый запуск D-21 в свободный полет состоялся только 5 марта 1966 г. Целью его была демонстрация самой возможности разделения, и она прошла достаточно успешно. Задача второго полета, предпринятого 27 апреля, была куда сложнее, но и ее удалось выполнить почти полностью. Аппарат пролетел около 2200 км, причем его максимальное отклонение от заданного курса составило меньше километра. Он достиг скорости М=3,3, высоты 27300 м и прекратил полет из-за ерунды – отказа гидронасоса. На радостях ЦРУ заказало «Локхиду» партию из 15 штук D-21.
16 июня запустили третий D-21. Он пролетел уже 3000 км, совершил 8 запрограммированных разворотов, но по причине сбоя в работе электроники его спускаемый контейнер не отделился и разбился вместе с аппаратом. А вот четвертый запуск закончился катастрофой – «мама» М-21, которую пилотировали Билл Парк и Рэй Торик (Ray Torick), была потеряна над Тихим океаном недалеко от Калифорнии в результате столкновения с только что отделившейся «дочкой». Наблюдатели, летевшие рядом на втором М-21, видели, как сразу после удара при скорости М=3,25 «мама» резко увеличила угол атаки, носовая часть ее фюзеляжа отломилась, а летчики катапультировались… Когда на место трагедии подлетел спасательный вертолет, он смог подобрать только Парка. Торик утонул, т.к. его скафандр порвался и наполнился водой.
После этого случая Джонсон предложил запускать D-21 с борта стратегического бомбардировщика В-52. Это обеспечивало требуемую надежность, безопасность и снижало стоимость запуска. Кроме того, благодаря большой дальности носителя, теоретически такая система была способна произвести разведку любой точки земного шара. Идея пала на благодатную почву, и вскоре один В-52Н подвергли доработке – оборудовали места операторов и установили пилоны подвески беспилотников. D-21 также был переделан и получил обозначение D-21B. После отделения от носителя до момента запуска прямоточного двигателя его должен был разгонять твердотопливный ракетный ускоритель. По расчетам, за 87 секунд он выводил D-21B на высоту 24300 м и скорость М=3,3, а затем сбрасывался. На этом режиме проходил крейсерский участок миссии. После его завершения, в заданном районе, скорость «дочки» уменьшалась до М=1,67, спасаемый отсек с разведданными отделялся и подхватывался в воздухе дежурившим «Геркулесом» JC-130B. Весь маршрут аппарат летел в режиме радиомолчания, передатчики включались лишь в конце крейсерского участка, чтобы обеспечить встречу с самолетом-спасателем.
Разработка столь авангардного разведывательного комплекса продвигалась вполне успешно и, вдохновленный этим, а также под давлением негативной реакции общественности США на участие в разгоравшейся войне во Вьетнаме, в 1967 г. заместитель министра обороны США Сайрус Вэнс (Cyrus Vance) с большим облегчением заявил: «Мы никогда больше не будем в мирное время посылать наших пилотов летать над вражеской территорией». (Заметим, что как раз в это время над Вьетнамом вовсю работали экипажи А-12).