Существовало четыре экземпляра RC-135S. Как и в случае с KC-135R, все четыре были разными и постоянно переделывались, чтобы поспеть за развитием советской ракетной техники. Единственной постоянной приметой был "шнобель" с метеорадаром и системой разведки связи AN/AMQ-15. Первый экземпляр, борт 59-1491, был переделан из летающей лаборатории JKC-135A. Сначала самолет был известен под прозвищем "Нэнси Рэй", потом "Уонда Белл" (Wanda Belle - красотка Ванда) и, наконец, получил кодовое название "Ривет Болл" (шар с заклепками). Этот самолет первоначально участвовал в программе "Джиг Тайм" (время танцевать джигу) вместе с разведчиками RC-135D; отсюда встречающееся в печати ошибочное утверждение, что этот самолет был переделанным RC-135D. С правого борта перед крылом находились три расположенные друг над другом большие горизонтальные антенны-диполя на широких трапециевидных пилонах, которые служили для перехвата данных телеметрии, посылаемых ракетой. Еще одна такая антенна крепилась на грузовой двери. Также справа, немного отступя от носовой стойки шасси, располагались в ряд К) больших круглых окон, тянувшихся до середины центроплана. Эти окна, придававшие самолету сходство с авиалайнером, были главной "особой приметой" RC-135S и служили для траекторных измерений, фото- и киносъемки боеголовок ракет, входящих в атмосферу.

Над центропланом имелся блистер, где сидел наводчик и вручную наводил фото- и киноаппаратуру на боеголовки с помощью оптического прицела. Как только цель захватывалась, слежение брала на себя автоматика. Во избежание бликов, могущих "ослепить" аппаратуру, верх правого полукрыла и внутренние части мотогондол правых двигателей окрашивались в черный цвет, а вокруг блистера наводчика был нарисован большой черный круг. Кроме того, под фюзеляжем сразу за носовой стойкой шасси располагался каплеобразный радиопрозрачный обтекатель, сбоку - квадратное окно и три радиопрозрачные панели неправильной формы, а справа у корневой части киля - каплеобразный обтекатель поменьше. На киле за вмонтированной в переднюю кромку антенной имелись две квадратные радиопрозрачные панели. Самолет был поставлен 4157-му СК 1 марта 1963 г. 13 января 1969 г. он потерпел аварию на авиабазе Шимиа, расположенной на одноименном острове - одном из Алеутских островов вблизи советской границы. Пилоты не смогли остановить машину на обледенелой полосе (двигатели J57 не имели реверса тяги), и RC-135S, "спикировав" по крутой насыпи, разрушился. Никто не пострадал, но самолет восстановлению не подлежал - фюзеляж разломился пополам.

Два следующих RC-135S были спешно переделаны фирмой "И-Системз" из летающих лабораторий NC-135B, когда разбился RC-135E и следить за испытаниями советских ракет стало нечем. Эти машины сильно отличались от первого экземпляра, а потому имели иное кодовое название - "Кобра Болл" (клубок кобр). Учтя печальный опыт с бортом 59-1491, за основу взяли машины, оснащенные двигателями с реверсом тяги. В отличие от некрашеного первого экземпляра, эти самолеты имели серо-белую окраску. Первый "гадюшник", "Кобра Болл I" (борт 61-2663), был поставлен 24 октября 1969 г. В исходном варианте имел справа два диполя (средний и нижний, если сравнивать с первым RC-135S) и три больших круглых окна, причем переднее было закрыто сдвижной крышкой. За ними размещались спектрометр и две системы фотоаппаратов и оптических датчиков. В хвостовой части фюзеляжа находилась фотолаборатория, позволявшая проявлять пленку прямо в полете. Под фюзеляжем спереди были три штыревые антенны, сзади - лепестковая антенна, а по бокам хвостовой части - каплеобразные обтекатели с плоскими бортами по типу RC-135M. Киль не окрашивался, и потому за антенной, врезанной в переднюю кромку, хорошо просматривались три квадратные радиопрозрачные панели. Позже оба диполя сняли, а на месте нижнего (под первым и вторым окнами) появился "зализанный" спереди и сзади коробчатый обтекатель. Еще позже его тоже сняли, а вместо него справа за носовой стойкой шасси установили большой квадратный радиопрозрачный "короб" с антеннами. От него тянулись назад до передней кромки крыла три большие шлейфовые антенны; нижняя антенна был чуть короче остальных. Антенны служили для перехвата сигналов телеметрии.

Крышку на первом окне сняли, позади второго окна прорезали еще одно (1+2+1); над двумя средними окнами и под корневой частью правого полукрыла крепились еще две короткие шлейфовые антенны. В первом окне размещалась система слежения среднего инфракрасного диапазона MIRA, разработанная фирмой "Текстрон", в двух средних - оптическая система слежения и видеозаписи изображения в реальном времени, а в последнем - телескоп с фокусным расстоянием 300 мм, позволявший отслеживать и фотографировать малоразмерные цели. Сверху перед двумя средними окнами появился один диполь. Дальше назад размещались три небольших каплеобразных выступа (два над центропланом, один за крылом) и две антенны спутниковой связи в виде этаких грибков. На правом полукрыле была смонтирована направленная вперед УКВ-антенна. В таком виде самолет летал как минимум до начала 1993 г.; по некоторым источникам, программа, в которой он применялся, называлась "Бернинг Стар" (горящая звезда).

Третий RC-135S, он же "Кобра Болл II" (борт 61-2664), первоначально тоже имел два диполя, но расположенных по-другому (верхний и нижний); вместо среднего диполя стоял короткий обтекатель, сильно сплюснутый с боков. Окон было три, как на предыдущей машине, но крышка на первом окне отсутствовала. Между вторым и третьим окнами располагались друг под другом четыре коротких шлейфовых антенны, расположенных друг под другом, по бокам хвостовой части - обтекатели по типу RC-135M, а над ними - каплеобразные выступы, как у первой машины. Позже на месте нижнего диполя (под первым и вторым окнами) появился "зализанный" спереди и сзади коробчатый обтекатель по типу экземпляра 61-2663, а сверху фюзеляжа - два маленьких каплеобразных выступа. 15 марта 1981 г. борт 61-2664 потерпел катастрофу на авиабазе Шимиа при посадке в сложных метеоусловиях. Погиб весь экипаж. Программа слежения за испытаниями МБР оказалась под угрозой - а ну как единственный оставшийся RC-135S сломается? На замену разбившейся машине был срочно переделан C-135B 61-2662. Внешний вид и состав оборудования этого экземпляра, именуемого "Кобра Болл III", соответствуют позднейшему варианту "гадюшника-1". Судите сами, какое значение придавали программе "Бернинг Стар", если документы на переделку нового RC-135S подготовили всего за две недели и дали на подпись президенту Рональду Рейгану - невзирая на то, что последний в то время лежал в больнице после неудавшегося покушения.

В начале 2000-х годов в состав системы входили три самолета, имеющие обозначение RC-135S (бортовые номера 61-2662, 61-2663 и 62-4128). Последний был принят на вооружение в 1999 году. Он создан на базе самолета RC-135X "Кобра Ай" (Cobra Eye), ранее использовавшегося для обеспечения летных испытаний американских баллистических ракет. Летательный аппарат прошел модернизацию по программе "Кобра Болл-2" и на сегодяшний день, по мнению зарубежных военных специалистов, в нем воплощены последние достижения американских ученых и разработчиков в данной области.

Размещение уникального оборудования на самолетах системы "Кобра Болл" обусловило их внешние отличительные признаки от других модификаций RC-135. В частности, с правого борта на них имеются четыре увеличенных иллюминатора, предназначенные для ведения оптоэлектронной разведки. На самолете, прошедшем модификацию по программе "Кобра Болл-2", такие же иллюминаторы расположены и с левого борта. На первых самолетах, используемых в системе разведки летных испытаний ракет, в целях снижения помех (блики и т. д.) разведывательной аппаратуре, работающей в видимом и инфракрасном диапазонах частот, правые плоскость крыла и гондолы двигателей были окрашены в черный цвет. Впоследствии, при использовании более совершенной аппаратуры необходимость в такой окраске отпала, но внешний отличительный признак стал уже традиционным для этих машин и было решено сохранить его (рис. 1).

Техническая система разведки летных испытаний ракет, установленная на самолете, имеет в своем составе три подсистемы: оптоэлектронной разведки; радио- и радиотехнической разведки; радиосвязи и передачи разведывательных данных. Расчет специалистов-операторов, ведущих наблюдение и осуществляющих анализ полученных данных, составляет от 17 до 24 человек.

Подсистема оптоэлектронной разведки содержит аппаратуру панорамного надгоризонтного обзора (поиска), а также сопровождения и распознавания.

Аппаратура панорамного обзора входит в состав комплекса MIRA (Mediumwave InfraRed Array) и представляет собой два опто-электронных устройства, с помощью которых осуществляются панорамный обзор излучений в среднем участке инфракрасного (ИК) диапазона. В каждом из них имеется шесть камер, ориентированных таким образом, что суммарное их поле зрения образует азимутальный сектор обзора около 180°.

Аппаратура сопровождения и распознавания включает два оптоэлектронных комплекса: ROTS (Real time OpTical System) и LATS (Large Aperture Tracking System). Первый, состоящий из восьми датчиков захвата и пяти датчиков сопровождения, осуществляет съемку в видимом диапазоне спектра. Второй комплекс, в который входит оптический телескоп с фокусным расстоянием 30,5 см, позволяет обнаруживать и выделять малоразмерные цели.

Система "Кобра Болл-2", размещенная на модернизированном самолете RC-135X, оснащена усовершенствованным комплексом MIRA. Он спроектирован лабораторией им. Линкольна Массачусетского технологического института и осуществляет одновременный панорамный обзор в трех участках ИК диапазона. В состав комплекса, помимо аппаратуры панорамного обзора, входят ИК телескоп и поворотный механизм с цифровым управлением для точного наведения телескопа на объекты наблюдения. Комплекс производит точные калиброванные спектральные и радиометрические измерения одновременно в трех участках ИК диапазона, определяя местоположение объекта, его температуру, яркость и ширину спектра излучения. Кроме того, за счет модернизации конструкции самолета обеспечивается возможность осуществлять наблюдение и сопровождение целей не только с правого, но и с левого борта (на самолетах RC-135S эта возможность отсутствует). Повышению эффективности нового комплекса системы (рис. 2), по мнению американских специалистов, должно способствовать и то, что в нем используются датчики, имеющие повышенные точность определения направления и разрешающую способность (в среднем на 15 проц. по сравнению с существующими аналогами).

Подсистема радио- и радиотехнической разведки включает автоматизированный комплекс разведки телеметрии ATS (Advanced Telemetry System), станции радиоразведки и пеленгования средств радиолокации и радиосвязи, комплект средств индивидуальной защиты самолета. ATS обеспечивает автоматические просмотр участков диапазона частот, используемых для передачи данных телеметрических измерений, и запись в цифровом виде всех выявленных сигналов для последующего детального анализа. Возможности станций радиоразведки и пеленгования, предположительно, аналогичны тем, что установлены на самолетах электронной войны RC-135V и W "Ривет Джойнт" (Rivet Joint). Они могут обеспечить определение координат и характеристик радиоэлектронных средств противника в диапазоне частот 20 - 40 000 МГц на дальностях до 600 км, ведение радиоразведки в диапазоне 20 - 1 200 МГц (перехват радиообмена между самолетами и наземными пунктами управления). Как отмечают зарубежные эксперты, на одном из постов операторы осуществляют одновременный перехват сигналов от находящейся в полете ракеты, а на другом - производят мониторинг излучений от наземных радиолокационных станций сопровождения и определение их местонахождения. В состав комплекта средств индивидуальной защиты, предназначенного для оценки степени угрозы самолету в районе выполнения задания, входят станции предупреждения об облучении и устройства отображения радиоэлектронной обстановки.

Подсистема радиосвязи и передачи разведывательных данных включает аппаратуру, обеспечивающую прием сообщений от тактической системы циркулярной передачи разведывательной информации TIBS (Tactical Information Broadcast Service) и обмен данными в объединенной системе связи и распределения данных JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System). По каналам системы TIBS производится прием текущей разведывательной информации как от верховного национального командования, так и командования на ТВД. Использование аппаратуры системы JTIDS обеспечивает закрытый обмен разведывательной информацией с командованием и взаимодействующими силами в масштабе времени, близком к реальному.

В настоящее время, по оценкам американских специалистов, бортовая система разведки "Кобра Болл" обеспечивает уверенное обнаружение и сопровождение ракет на участках траектории протяженностью 450 - 500 км, определение с высокой точностью момента отсечки тяги (выключения) ракетного двигателя, расчет точек старта (с ошибкой, не превышающей 100 м) и падения. В результате последующей (послеполетной) обработки и анализа полученных сведений производится оценка многих важных характеристик испытываемых ракет. Так, посредством анализа спектральных составляющих излучения плазмы, образующейся при входе боеголовки в плотные слои атмосферы, определяется материал ее оболочки, а по результатам анализа данных сопровождения оцениваются скорость полета и параметры маневра боеголовки при преодолении системы ПРО.

В ближайшие годы командование ВВС США планирует провести модернизацию остальных самолетов RC-135S по программе "Кобра Болл-2" для обеспечения возможности ведения оптоэлектронной разведки с двух бортов. Кроме того, оно намерено разработать и дооснастить все самолеты системы "Кобра Болл" бортовой многофункциональной радиолокационной станцией с синтезированием апертуры, которая обеспечит повышение эффективности ведения разведки - обнаружения пусков и отслеживания траекторий полета баллистических целей в условиях высокой облачности.