1938年2月，苏联炮兵总局制定了新型203mm榴弹炮的设计需求，要求其兼具大口径火力与更高的战术机动性。
当时苏军装备的B-4型203mm榴弹炮行军重量约17.7吨，需要使用履带式牵引车（如“共产国际”和“伏罗希洛夫”）才能牵引，所以在军级部队作战操作被认为过于复杂。当时需要一种口径相同，但可由常规火炮牵引车拖曳，且行军状态转为战斗状态所需时间更短的新型火炮。拉尔马什工厂提出了U-3项目——一款在最初设计上就超越时代的武器。
由弗拉基米尔·尼古拉耶维奇·西多连科领导的设计局提出一个基金的设计方案：采用托盘式炮架结构，从而可以设置两个射击位置。在高位模式下，炮架高度为1680mm，榴弹炮可以60°仰角进行射击，从而打击位于反斜面上的目标。在低位模式下，炮架降低到托盘上，提高了低仰角射击时的稳定性。
这种设计有效结合了攻城榴弹炮和大威力火炮的特性，无需改变炮架机构即可改变射击模式。然而，这项创新设计也带来了操作不便的难题。
U-3榴弹炮炮管采用无衬管设计，便于在连续发射重约100千克的重型高爆榴弹后，对炮膛磨损进行维修。炮闩完全沿用了B-4榴弹炮的设计：活塞式结构，通过螺杆结构实现闭锁，并带有机械式半自动退壳装置。这种设计确保了技术的连续性，还可以利用现有的生产设施。
手动操作的高低机为扇形机构，可以保持60°仰角以下的稳定射击。液压反后坐装置和位于炮管下方的液气复进器构成后坐力控制机构。
1939年秋季的工厂测试暴露出严重问题。U-3的行军重量超过12吨，对于苏军标准的5吨级火炮牵引车而言过重。在松软地面上，牵引车容易打滑，行军速度很少超过12～15千米/小时。此外，用于将炮架降至托盘上的液压系统也不可靠——将火炮恢复射击位置所需时间超过20分钟，这对于军属炮兵来说是不可接受的。
1940年夏季的军方测试暴露了该炮更多的问题。审核委员会指出，炮管俯仰调节速度过快，高低机设计存在缺陷。只能采用托盘支撑射击方式，无法使用炮轮作为辅助支撑方式进行射击。全装药射击时会给后坐控制机构带来过大的压力，造成可靠性问题。
同时，U-3榴弹炮的弹道性能相当不错。重型高爆榴弹的炮口初速超过600米/秒。最大射程约17千米，与B-4榴弹炮相当，优于M-40实验榴弹炮。审核委员会认为，全装药的情况下，U-3的射击精度在所有参与测试的火炮系统中最佳。
西多连科对审核委员会的结论提出异议，坚持认为U-3榴弹炮已经通过了测试，并且表示暴露出的缺陷可以通过加强机械结构和改进液压系统来解决。
二战期间，U-3榴弹炮项目重新启动。1942年春季，改进后的U-3榴弹炮与“街垒”工厂设计局研制的BL-39榴弹炮进行了对比测试。
审核委员会的测试报告自相矛盾：一方面，委员会认为U-3榴弹炮整体设计简洁，重量比同口径的B-4榴弹炮更轻，且射击精度极佳；另一方面，委员会发现了严重的设计缺陷。
在仰角为45°时，液压反后坐装置将后坐距离延长到1340mm，而非计算出的880mm。这意味着在松软地面上射击时，炮尾可能会触地。此外，在操作重型炮管时，高低机承受了过大的压力，缺乏足够的安全冗余。
U-3榴弹炮的历史堪称大胆的工程理念超越工业能力的经典案例。这门炮拥有诸多客观优势：更高的射击精度，独特的发射方式，以及相比笨重的B-4榴弹炮更加简单的结构。
然而，正是那些使其具备出色性能的超前设计——托盘支撑结构、复杂的液压系统，以及难以承受全装药发射重型榴弹后坐力的后坐力控制机构，成为在研发阶段难以解决的难题。
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