前身のS-300は、S-210とほぼ並行して南極観測ロケットを目指して開発が進められました。PT-300の名で1966年(昭和41年)秋に行われた第1回飛翔実験では、高度160kmをマークしました。しかし、引き続く3回の飛翔実験中2回まで燃焼中に機体に異常を生じ、不具合解析からピッチ・ロール共振による機体迎え角の異常な増大が有力な原因であると推定されました。

S-310では、大気中から機体に積極的にスピンを与えて早期に共振状態を通過させ、共振状態の持続を避けると共に、共振時に生じた姿勢の乱れをその後の空力的ダンピングによって整定させる方策が採られています。スピンは機軸を含む面に対し尾翼を1枚当たり約0.2度傾けて取り付けることによって与えられ、燃焼終了時(点火後29秒)における最終スピンは1.5~2.5Hzです。推力曲線は最適推力計画に従って初期に最大推力を持ち空気力が卓越してくる後期には低推力が持続するような設計になっており、これにより到達高度を増大し、動圧を抑えて空力加熱が緩和されるよう工夫されています。

モータのチャンバはクロムモリブデン鋼で、ブタジエン系推薬を用いたグレインは2種類のワゴンホイールの組合せからなっており、後部が先に焼失することにより上述の推力曲線を得ています。

尾翼はチタン合金の一枚板、オージャイブ形状の開頭部はCFRP製です。科学観測時にスピンを1Hz程度にさげる目的から、計器部には、発射後55秒に作動するヨーヨーデスピナが装着されています。

1975年1月のS-310-1号機以来、2021年10月の時点で、内之浦から41機、ノルウェー・アンドーヤロケット基地から4機が打ち上げられ、すべて成功して今日に至っています。