从1961年起，美国空军系统司令部和战略空军司令部分别实施了“南希·雷”计划和“万达·贝利”计划，用一架RC-135S部署到阿拉斯加州阿留申群岛的谢米亚岛空军基地，24小时警戒，与“眼镜蛇丹麦人”和“眼镜蛇朱迪”等远程雷达一起观察前苏联堪察加靶场的弹道导弹试验。从1967年起，该机改称“眼镜蛇球”，1969年失事后又改装了两架，1981年损失一架，1983年又补充一架，加上1993年用RC-135X改成的一架，现役共3架，1994年全部迁至第55联队的奥弗尤特基地。
▲RC-135S“眼镜蛇球”2上的中红外阵列传感器，可观测弹道导弹的发射和再入
▲RC-135S“眼镜蛇球”在奥弗尤特基地
作为图像与技术情报侦察机，该机型现由参谋长联席会议直接指挥，专用于窥探外国弹道导弹试验，包括俄、中、印、朝等国，服务于军控条约核查、战略防御和战区导弹防御。
它的设备原是为观测航天器再入大气层而设计的，经过不断改进，现在它的红外设备能对418千米外的导弹发射进行精确定位，精确到几千米，在数秒内预测其发动机关机时间、弹道和落点，实时光学系统能获得弹头等小目标的清晰图像，用于计算弹头尺寸，还有遥测情报截获和分析设备，能从发射国对导弹的测量控制通信中发现情报。
▲1981年的“眼镜蛇球2”（RC-135S的61-2664号机）
▲RC-135S“眼镜蛇球”(www.xing528.com)
除两名飞行员和两名导航员外，RC-135S机上还有13人，最多时有24人，其中包括3名电子战军官、两名机载系统工程师，其余为机载任务专家。技术人员坐在从机翼后缘到机尾间的控制台前。在美国的DSP导弹预警卫星发现导弹发射后，数秒内RC-135S就能接到通报，开始监视，获得的情报立即发回。1996年，它共飞行133架次，超过1097小时，将监视到的导弹试射数据直接传到白宫和国务院。另外，机上还有4名掌握敌我双方态势的通信监听专家，本机或其它友机受到威胁时将发出警报。
RC-135S获得的数据十分宝贵：测绘导弹弹头的飞行轨迹，能了解弹头的速度和是否能机动；计算弹头的旋转速度，能发现其稳定性和精度的重要线索，还能确定其弹道系数；截获导弹遥测信号，可了解其状态和收到的指令；对弹头与大气摩擦闪光的颜色进行分析，能发现它由什么材料制成，是否是加固弹头；跟踪围绕弹头的碎片，能推断出其工艺质量；通过对宽频光谱数据的测量，能确定导弹喷焰的性质和弹道轨迹。
从这些数据中，能发现新型武器，为战场情报准备和控制导弹扩散提供依据。某些细节，特别是目标的电子和红外特征，还对美国下一代隐身武器、电子干扰和红外干扰、弹道导弹和巡航导弹防御武器的研制极为重要。
当然，前苏联也总结出不少欺骗手段，他们有时故意将试验弹头偏离瞄准中心，或在靶场用炸药炸出假弹坑，使美国难以确认导弹精度。
冷战年代，RC-135S主要为高层服务，海湾战争后，开始直接支援作战，最新的“眼镜蛇球”2进行了大量改进，精度和分辨率提高15%，减弱了烟雾、沙尘和云层的影响，探测距离至少达到322千米，2003年它参加了伊拉克战争。
为迅速准确地打掉“飞毛腿”发射车提供关键情报，是“眼镜蛇球”重要的努力方向，目前它能在数秒内发现导弹并确定弹道，计算落点时能将卫星情报的误差减少一半，还能算出导弹飞行轨迹的三维图像，误差可减至1/20，对发射点精确定位的误差小于1.609千米。同时，该机型的远程遥感能力也转移到RC-135V/W机型上。
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