指宿市十二町所在の橋牟礼川遺跡は、1916年（大正5年）に旧制志布志中学校の生徒が土器片を拾ったことがきっかけで存在が確認され、1918～19年（大正7～8年）に、濱田耕作が中心となって発掘調査を行った。その際、開聞岳噴出物の堆積層を挟んで、下層に縄文土器が含まれ、上層に弥生土器（とされた土器）が含まれていたことで、当時論争となっていた「縄文土器と弥生土器の違いは年代の差なのか、使用する人種や民族の差なのか」という問題が、層位学的事実により「年代差」であることが決着した。現在では常識となっている「縄文時代から弥生時代へ」という時代の推移は、この遺跡の調査によって明らかとなったのであり、考古学史に残る成果であった。しかし、濱田らが発掘したこの「弥生土器」は、先に挙げた研究史の成果から見て、今日では古墳時代後期の「成川式土器」に位置付けられるものであった。すなわち、「縄文土器（時代）から弥生土器（時代）へ推移した」という歴史的事実に誤りはなく、橋牟礼川遺跡の調査は間違いなくそれを証明したが、その根拠となった橋牟礼川遺跡上層の土器は、型式学的にも年代的にも弥生土器ではなかったのである。
1960年代初頭の時点で、ロッキード社はマッハ3で飛行可能な偵察機A-12（A-12はまもなく戦略偵察機SR-71 ブラックバードへと発展）を既に開発していたが、1960年に発生したフランシス・ゲーリー・パワーズ操縦の高高度偵察機U-2撃墜事件を受けて、A-12の無人化という考えが提唱された。A-12を開発したロッキード社内グループ「スカンクワークス」の責任者であるケリー・ジョンソンは、A-12の機体そのものは、そのまま無人機化するには大きすぎ・複雑すぎるが、A-12の設計と技術は、より小型の偵察機開発へ流用できるだろうと感じていた。このアイディアは、1962年10月に高速・高高度無人機に関する正式な研究のかたちでまとめられた。この研究は、アメリカ空軍の「ブラック」（極秘）プロジェクト向け資金からの援助を受けていた。1963年10月にQ-12の設計が完了したが、ダブルデルタ翼はA-12の主翼外翼に類似していた。Q-12は空中でA-12の背面から発射されるものとされ、チタニウムによる機体構造などの、A-12 プロジェクトで開発された要素技術が使用された。ケリー・ジョンソンは、Q-12のエンジンとして、ボーイング製の長距離地対地巡航ミサイル、ボマークに搭載されたMarquardt製のラムジェットエンジンを使おうとした。Marquardt社の工場はロッキード社に近かったため、情報保全を確実にすることができ、さらに、Marquardtとロッキードはいくつかの計画において共同で作業した経験もあった。Marquardtの技術者は、ボマークのラムジェットエンジン（最終的にはRJ43-MA-11と名づけられた）を使うことは可能だが、若干の改修が必要であるとした。というのも、このエンジンは数百キロメートル離れた目標にボマークを命中させるためのものであり、それよりも長時間の燃焼をするように設計されていないためであった。ボマークとは対照的に、Q-12のエンジンは少なくとも1時間半にわたって作動することを求められたが、これは当時のどんなラムジェットよりもはるかに長い燃焼時間であった。また、母機と同じJP-7燃料を使えるようにする改修も必要であった。1962年12月7日までにはQ-12のモックアップ1機の用意が整っていた。レーダー照射試験を行ったところ、Q-12のレーダー反射断面積（RCS）は極めて小さなものであった。風洞試験も良好な成績を収め、設計の正しさが示された。一方で、中央情報局（CIA）は、Q-12にあまり熱心でなかったが、これは、継続中のU-2使用ミッション、A-12の取得、東南アジアへの作戦区域の転換といった事柄に忙殺されていたことが主要な原因であった。対照的に、空軍はQ-12に偵察機および巡航ミサイルとして興味を示し、最終的にはCIAも、新無人機の空軍との共同開発を決意した。ロッキードは1963年3月にQ-12の全規模開発のための契約を獲得した。偵察用機材および誘導システムは、1.9mの長さの「Qベイ（Q-bay）」に収納された。これらのシステムはベイにきっちりと収められるような一体のモジュールとして作られ、ハッチ（hatch）として知られていた。もともとの設計構想によれば、ハッチはミッションの終わりに射出され、機体は専用の爆薬によって自爆することになっていた。ハッチは、C-130輸送機によって空中で回収されることになっていたが、この手法は偵察衛星のフィルム容器を回収するために空軍が鍛錬してきたものであった。1963年末に、このプロジェクトはタグボード（Tagboard）と命名された。Q-12はD-21に、A-12はM-21に命名しなおされた（D- は娘（daughter）、M- は母（mother）の頭文字）。A-12はもともと18機作られる予定であったが、ここから製造番号60-6940および60-69412の2機がM-21用に確保された。M-21はA-12の複座型で、胴体中心線上・垂直尾翼間に、無人機を機首上げ姿勢で固定するためのパイロンが設置された。パイロン上のD-21を監視できるよう、発射管制オペレータ（LCO, Launch Control Operator）のためのペリスコープが後席に設けられた。M-21は2機が作られ、一方で、試験飛行用にD-21の初期生産バッチ7機が製造された。当初の主な問題は、母機M-21からのD-21の発射であった。左右に1枚ずつあるM-21の垂直尾翼と、D-21の両翼端とのクリアランス（間隔）は見ていて不快になるほどに小さく、無人機分離時に事故が起きる可能性のあることは明らかだった。