WC-135 được đưa vào trang bị tháng 12/1965 nhằm thay thế máy bay Boeing WB-50 trong nhiệm vụ trinh sát thời tiết và lấy mẫu không khí, phục vụ Hiệp ước Cấm Thử nghiệm Hạt nhân Hạn chế năm 1963.
Trước đó, Tướng Dwight D. Eisenhower đã vận hành chương trình Constant Phoenix từ năm 1947, khi giao cho Lực lượng Không quân Lục quân chịu trách nhiệm tổng thể việc phát hiện các vụ nổ nguyên tử ở bất kỳ đâu trên thế giới.
Máy bay WC-135W Constant Phoenix “đánh hơi” phóng xạ của Mỹ. Nguồn: Wikipedia
Các sửa đổi của Constant Phoenix chủ yếu liên quan đến thiết bị lấy mẫu khí trên máy bay, cho phép phát hiện các "đám mây" phóng xạ trong thời gian thực. WC-135 dựa trên khung máy bay của C-135 Stratolifter.
Máy bay WC-135W Constant Phoenix đôi khi đảm nhận các vai trò khác trong suốt thời gian phục vụ; một số máy bay được tạm thời giao cho Phi đội Kiểm soát và Chỉ huy Dù số 10 tại RAF Mildenhall vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990 làm máy bay huấn luyện tích lũy giờ bay, trong khi những chiếc khác phục vụ như máy bay vận tải khi cần thiết.
Hiện tại, chỉ còn lại 2 chiếc WC-135, cả 2 đều do Phi đội Trinh sát số 45 của Không quân Mỹ (USAF) vận hành.
WC-135 hiện là máy bay duy nhất dùng để lấy mẫu không khí. Các thông số kỹ thuật chính của WC-135W Constant Phoenix: kíp bay gồm phi hành đoàn và kíp chuyên môn vận hành thiết bị đặc chủng; máy bay có chiều dài 42,65m, cao 13m, sải cảnh 39,88m, nặng 54.508 kg, trọng lượng cất cánh tối đa 136.305 kg, sử dụng động cơ phản lực 4 × Pratt & Whitney TF33-P-9 (WC-135C) / Pratt & Whitney TF33-P-5 (WC-135W), tốc độ tối đa 649 km/h, tầm bay 6.400 km, trần bay 12.000m.
Các nhiệm vụ lấy mẫu không khí được tiến hành thường xuyên ở Viễn Đông, Ấn Độ Dương, Vịnh Bengal, Địa Trung Hải, các vùng cực và ngoài khơi các bờ biển của Nam Mỹ và Châu Phi. Nhiệm vụ của WC-135 là thu thập các mẫu từ khí quyển nhằm mục đích phát hiện và xác định các vụ nổ hạt nhân. Máy bay thường không ở lại khu vực này trong thời gian dài và hoàn thành nhiệm vụ tương đối nhanh chóng rồi trở về Mỹ.
WC-135W còn được gọi với cái tên không chính thức là "chim thời tiết" hoặc "người đánh hơi". Ban đầu, trong máy bay có 33 người làm việc, bao gồm cả phi hành, nhân viên bảo trì và người vận hành thiết bị đặc biệt của Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật Không quân.
Trong các phi vụ tác chiến thực, để giảm mức độ phơi nhiễm bức xạ tối đa cho nhân viên, phi hành đoàn được giảm thiểu chỉ còn phi công, hoa tiêu và người vận hành các thiết bị đặc biệt.
Máy bay WC-135B đã thực hiện 25 phi vụ vào năm 1979 nhằm xác định xem một tia chớp kép ở Nam Đại Tây Dương được vệ tinh Vela phát hiện có phải là một vụ thử vũ khí hạt nhân hay không, tuy nhiên, kết quả thu được không thể đưa ra kết luận. Sau đó, WC-135W tham gia theo dõi bức xạ trong không khí tại Iran, và xung quanh Triều Tiên, nghi Bình Nhưỡng thực hiện các vụ nổ hạt nhân cũng như giám sát phóng xạ phát ra từ Nhà máy điện hạt nhân Fukushima I sau trận động đất 9,0 độ và trận sóng thần tiếp theo ngày 11/3/2011.
Đáng nói, Constant Phoenix rất hiếm khi được sử dụng ở Châu Âu. Máy bay này được đưa đến lục địa già lần đầu tiên vào năm 1986 trong thảm họa Chernobyl nhằm phát hiện các hạt bức xạ trên bầu trời các nước châu Âu.
Sau đó, Phoenix Constant xuất hiện gần biên giới Nga vào năm 2017 (khi có một số báo cáo về mức độ bất thường của Iốt-131 ở biên giới Na Uy-Nga) và vào tháng 8/2021 (khi có nghi ngờ về mối liên hệ với các vấn đề kỹ thuật của tàu ngầm Orel lớp Oscar-II của Nga).
Đồng thời, theo các nguồn tin, máy bay WC-135W Constant Phoenix đã hoàn thành chuyến bay đầu tiên gần biên giới Nga. Mục đích của chuyến công cán của WC-135W Constant Phoenix lần này vẫn đang được giữ bí mật.
Tuy nhiên, theo thông tin do Tạp chí Quốc phòng Anh cung cấp, việc máy bay quân sự WC-135 Constant Phoenix của Mỹ đến châu Âu có thể liên quan đến 2 yếu tố: tìm kiếm các vị trí phát triển vũ khí hạt nhân của Nga; thăm dò các cuộc thử nghiệm theo kế hoạch đối với tên lửa hành trình hạt nhân tối tân Burevestnik.
Có thông tin cho rằng, trong năm 2022, Nga có thể lặp lại các vụ thử tên lửa hành trình với động cơ hạt nhân Burevestnik trên quần đảo Novaya Zemlya, ở phía bắc nước Nga. Trong Chiến tranh Lạnh, Novaya Zemlya là khu vực quân sự nhạy cảm, và các bộ phận vẫn được sử dụng cho các sân bay ngày nay.
Đây là một trong 2 bãi thử hạt nhân lớn của Liên Xô; được sử dụng để thả bom và thử nghiệm dưới lòng đất đối với loại bom nguyên tử lớn nhất của Liên Xô, đặc biệt là vụ nổ trên không ngày 30/10/1961 của Tsar Bomba, vũ khí hạt nhân mạnh nhất từng được kích nổ trên Trái Đất.