ESSA 3 (หรือTOS-A ) เป็นดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาปฏิบัติการที่รักษาเสถียรภาพด้วยการหมุน^{[ 3 ]}ชื่อของมันมาจากชื่อของหน่วยงานกำกับดูแล ซึ่งก็คือEnvironmental Science Services Administration (ESSA)

โครงสร้างหลักของดาวเทียมทำจากอะลูมิเนียมและสแตนเลส มีรูปทรงเป็นปริซึมที่มีฐานสิบแปดเหลี่ยม

พลังงานได้มาจากเซลล์แสงอาทิตย์ ขนาด 1x2 ซม. จำนวน 12,000 แผง ที่จัดเรียงไว้ด้านข้าง ซึ่งใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ NiCdจำนวน 21 ก้อน

การรักษาเสถียรภาพในวงโคจรทำได้โดยการเคลื่อนที่แบบหมุนด้วยความเร็ว 9.2 รอบต่อนาที โดยรักษาไว้ด้วยระบบควบคุมทิศทาง แม่เหล็ก (MASC, Magnetic Attitude Spin Coil ) ตัวกระตุ้นของระบบนี้เป็นขดลวด และแรงบิดที่จำเป็นสำหรับการควบคุมตำแหน่งถูกสร้างขึ้นโดยปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กโลกกับสนามแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำในดาวเทียม ระบบรักษาเสถียรภาพเพิ่มเติมมีให้โดย เครื่องยนต์ กระแสคงที่ ห้า เครื่องที่ติดตั้งอยู่บนเส้นรอบวงด้านล่าง^{[ 3 ]}

เสาอากาศแบบโมโนโพลเดี่ยวที่ติดตั้งอยู่ด้านบนใช้สำหรับการติดต่อสื่อสารกับโลกส่วนเสาอากาศแบบไดโพล สองต้น (มีแท่งโลหะ 4 แท่งยื่นออกมาจากด้านล่าง) ใช้สำหรับส่งข้อมูลทางไกล

กล้องจะทำงานโดยอัตโนมัติเมื่อโลกเข้ามาอยู่ในระยะการมองเห็น ภาพจะถูกส่งไปยังโลกโดยตรงหรือบันทึกไว้บนดาวเทียม ดาวเทียมดวงนี้ติดตั้ง กล้องโทรทัศน์ Vidicon มุมกว้างแบบคู่ขนานอิสระสองชุด ซึ่งสามารถทำงานพร้อมกันหรือสลับกันได้

ดาวเทียมยังติดตั้งเครื่องวัดรังสี ระนาบแบน (FPR) ซึ่งใช้ในการวัดพลังงานแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากโลก^{[ 4 ]}

ESSA-3 ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 2 ตุลาคม พ.ศ. 2509 เวลา 10:34 UTCโดยปล่อยจากฐานทัพอากาศแวนเดนเบิร์กรัฐแคลิฟอร์เนียด้วย จรวด เดลต้า^{[ 5 ] [ 6 ]}ยานอวกาศมีมวล132 กิโลกรัม (291 ปอนด์)ในขณะปล่อย ESSA-3 มีมุมเอียง 100.9° และโคจรรอบโลกหนึ่งรอบทุกๆ 114 นาที จุดใกล้โลก ที่สุดคือ1,383 กิโลเมตร (859 ไมล์)และจุดไกล โลกที่สุด คือ1,493 กิโลเมตร (928 ไมล์ ) ^{[ 7 ]}   

หนึ่งในภาพแรกๆ ที่ถ่ายโดย ESSA 3 คือภาพพายุเฮอริเคนอิเนซ ระดับ 4 ที่พัดถล่มบาฮามาสและฟลอริดา

ดาวเทียมทำงานโดยไม่มีปัญหาใดๆ จนกระทั่งวันที่ 20 มกราคม พ.ศ. 2510 เมื่อเครื่องวัดรังสี FPR หยุดทำงาน ในวันที่ 29 กันยายน พ.ศ. 2510 กล้องตัวหนึ่งหยุดทำงาน ในวันที่ 9 ตุลาคม พ.ศ. 2511 กล้องตัวที่สองก็เสีย ดาวเทียมถูกปลดประจำการในวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2511 ^{[ 3 ]}