YS-3A 157995 改装成了 US-3A 原型机，该机 1996 年退役
正在着舰的 US-3A，翼下右侧挂载行李吊舱，左侧挂载副油箱
从 1979 年开始，洛克希德试图将“维京”的专用加油机型号 KS-3A 推销给美国海军。该型号的作战系统被拆除，武器舱内设置油箱，翼下各携带一个副油箱，机上安装有两具软管加油装置。由于载油量飙升，机上设有两个加油点，能够加快加油速度。包括翼内油箱在内，KS-3A 总共能够装带 16,588 升（4,382 加仑）燃料。1983 年，一架 YS-3A 原型机进行了结构验证。试验取得了成功，但是并没有换来美国海军的订单，于是这架飞机最终被改装成了 US-3A COD 中的一架。但是不管怎样，“维京”从 1984 年开始执行的任务中有大量是扮演空中加油机的角色，在左翼下吊挂了 D-704 型伙伴加油吊舱，右翼下仍然携带一具副油箱。
VS-22 的 S-3B 在进行伙伴加油，在左翼下吊挂了 D-704 型伙伴加油吊舱，右翼下仍然携带一具副油箱
1977 年，洛克希德建议以 S-3 为基础发展一种电子侦察机型号，作为“战术机载信号采集系统”（TASES）。美国海军当时并没有采纳上述建议，时隔整整十年才要求洛克希德进一步研究上述概念的细节，并于 1989 年签订了将 16 架 S-3A 改装成 ES-3A“海上阴影”（Sea Shadow）的合同。改装工程包括拆除 S-3A 的声纳浮标投放器和分析显示设备，AN/APS-116 雷达被德州仪器的 AN/APS-137(V)1 雷达所替代。它是 AN/APS-116 的改进型，最显著的改进是增加了基线 4 的逆合成孔径雷达（ISAR）成像功能。逆合成孔径雷达利用目标的运动来大幅度提高雷达孔径范围，并提供粗略的雷达影响。ISAR 模式为 ES-3A 提供了有限的识别舰船级别的能力。OR-86 前视热象仪被德克萨斯仪器公司的 OR-263 前视热象仪所取代，性能提升不大但可靠得多。ES-3A 安装了大量电子侦察设备，S-3A 上的 AN/ALR-47 电子支援设备被替换成了 1 套改进后的 AN/ALR-76 系统，但机组人员发现该系统的作用并不大，多数时候还是首选人工操纵的 AN/ALR-81 电子支援设备。弹舱被用来容纳更多的电子设备，这点的改进思路与同样拥有内部弹舱的 F-111 改装成 EF-111 颇为相似。全机上下总共安装了 60 部天线。最明显的区别是背部安装了形如独木舟的整流罩，机身底部同样安装有突出的整流罩，用以容纳旋转测向系统。当然相应地，操作员工作站也完全不同，航空电子设备得到了全面升级，其中也包括正副驾驶位置。副驾驶位置的飞行控制设备被拆除，使其丧失了操纵飞行的能力，这一变化并不受空勤人员欢迎。
VQ-6 中队的 ES-3A，全机上下天线林立
一架 YS-3A 原型机被用来对电子侦察组件的外部天线进行空气动力学测试。1991 年 5 月 15 日，ES-3A 的功能样机进行了首次试飞。“阴影”从 1993 年开始部署，次年交付工作完成。ES-3A 要比 S-3A 重得多，大量外置也增加了不少阻力，因此“阴影”的飞行速度要比“维京”慢，最大飞行速度下降了 10% 之多。在执行电子侦察任务时，“阴影”能够绘制敌方无线电辐射源的位置图，同时还能对敌方无线电通讯进行监听。ES-3A 和 S-3 一样，在必要时也能执行伙伴加油机的任务。ES-3A 服役生涯非常短暂，1998 年美国海军决定到 1999 年前退役所有 ES-3A，转而发展“联合机载电子侦察家族”（JASF），是陆海空三军联合研制的一种先进电子侦察组件。原理上，JASF 的出现意味着 ES-3A 将不得不接受升级，以便同他们保持一致，但这项开销花费过大，海军于是作出了退役的决定。JASF 项目结果并没有真正落实，而 ES-3A 此时已经失去了未来的资金支持，重新说服国会申请经费变得困难重重。
YS-3A 157993 用于测试增加的天线对气动性能的影响