研發背景
美國航天飛機宣布退役後，自2000年8月起國際太空站的補給任務便逐漸由無人載具的定期發射任務取代，這包括有俄羅斯聯邦太空局的進步号太空船、歐洲空間局的自動傳送載具、宇宙航空研究開發機構的H-II傳送載具與SpaceX的天龍号太空船。美國國家航空航天局借由與天鵝座宇宙飛船建立合作關系，進一步發展自身國内的航空與航天，并與基斯特勒火箭機（Rocketplane Kistler）公司開展合作。
在基斯特勒火箭機（Rocketplane Kistler）公司宣布其K-1火箭發展計劃無法達成資金撥款的義務要求後，美國國家航空航天局于2007年10月18日決定終止合作協議，連帶也解除商業軌道運輸服務重新競标時與基斯特勒火箭機公司的第二次合作可能。
2008年2月19日，美國國家航空航天局宣布選擇了軌道科學公司的方案。
2008年12月23日，美國國家航空航天局提供軌道科學公司19億美元的商業軌道運輸服務（Commercial Orbital Transportation Services）之合作協定，而根據協定軌道科學公司必須在2016年以前借由8次天鵝座宇宙飛船任務運送多達20噸的貨物抵達國際太空站上。
2010年4月時，在科羅拉多州科羅拉多泉舉辦的國家太空研讨會（National Space Symposium）上展示了天鵝座宇宙飛船于軌道上航行的全尺寸模型。
2010年12月時，軌道科學公司則推出負責裝載天鵝座宇宙飛船的中級運載火箭安塔瑞斯火箭。
設計特點
組成結構
天鵝座宇宙飛船由兩個基本部分組成，分别為加壓貨物模組（PCM）與服務模組（SM）。
加壓貨物模組
加壓貨物模組由泰雷茲阿萊尼亞宇航公司所制造，其基本裝載容量為18立方米。
服務模組
服務模組則是自軌道科學公司生産的衛星平台STAR Bus與黎明号零件參考而成，其中總質量1,800公斤的推進器采用了以自然推進劑（Hypergolic propellant）聯氨與四氧化二氮為動力來源的火箭發動機，另外透過2個砷化镓太陽能電池模組以提供高達4千瓦的電力。2009年11月12日時，荷蘭太空（Dutch Space）宣布将由其提供天鵝座宇宙飛船其太陽能電池模組。
服務方案
天鵝座宇宙飛船參考日本H-II傳送載具、SpaceX天龍号太空船以及其他商業軌道運輸服務方案的作法，計劃在靠近國際太空站後透過移動維修系統将宇宙飛船移至和諧号節點艙的通用接駁裝置（Common Berthing Mechanism）進行對接。而在一般任務中，天鵝座宇宙飛船計劃會持續停泊在國際太空站30天左右的時間。在返程時盡管一般型号的天鵝座宇宙飛船并無返回地球之能力，但可以如同俄羅斯的進步号太空船一般将陳舊設備與垃圾裝載在其内并且加以抛棄。
另外軌道科學公司計劃在第四次任務時改采用天鵝座宇宙飛船擴展型版本，其中除了将加壓貨物模組擴展至27平方米外，同時發電設施也改使用阿連特科技系統（Alliant Techsystems）所研發較以往太陽能電池更有效率的光伏陣列。另外在載運火箭部分也改使用推進力更強的卡斯托30XL火箭發動機，在太陽能電池模組重量減輕的情況下使得擴展型版本的天鵝座宇宙飛船能夠多為國際太空站增加700公斤的有效載荷。另外軌道科學公司的計劃還可能推出包括不加壓貨物模組（UCM）與返回貨物模組（RCM），其中前者為如同美國國家航空航天局的快速後勤艙（ExPRESS Logistics Carrier），能夠運送如軌道替換單元（Orbital replacement unit）這類不需要加壓的貨物，而後者則是能允許國際太空站将部分貨物借由天鵝座宇宙飛船運回地球。
性能參數
運行曆程
首次飛行
美國東部時間2013年9月29日7時，美國私營企業軌道科學公司的“天鵝座”貨運飛船與國際空間站成功對接。美國航天局電視直播了這次太空對接，意大利宇航員盧卡-帕爾米塔諾操作國際空間站上的機械臂，成功抓住緩緩靠近的“天鵝座”飛船。軌道科學公司随即在推特上發帖慶祝。這是繼太空探索技術公司的“龍”飛船之後，又一艘與空間站對接的美國私企飛船。
運送物資
美國軌道科學公司2014年1月9日9時成功發射“天鵝座”飛船，正式開始為國際空間站運送物資。這是繼太空探索技術公司之後，又一家美國私營企業加入為空間站運送物資行列。
美國軌道科學公司的“天鵝座”貨運飛船2014年8月15日結束了曆時一個月的國際空間站之旅，從空間站上脫離後開始返回。
升空爆炸
格林尼治時間2014年10月28日下午6時22分，攜帶美國天鵝座宇宙飛船的“安塔瑞斯”号運載火箭在弗吉尼亞州瓦勒普斯島發射升空。此次是天鵝座宇宙飛船首次夜間升空，在升空後6秒鐘時運載火箭爆炸，爆炸燃起巨大火球，運載火箭沒有載人，但天鵝座”宇宙飛船受損。
2014年11月3日，而實際上，此次失事火箭所使用的發動機部分源自上世紀60年代蘇聯研制用于登月的火箭發動機技術。
2015年11月6日，美國國家航空航天局（NASA）放出了2014年“天鵝座”飛船爆炸事故的近照。
恢複運行
美國宇航局(NASA)消息，曆經三次延遲發射的新一代“天鵝座”(Cygnus)無人貨運飛船于美國佛羅裡達州當地時間2015年12月6日下午4時44分從卡納維拉爾角空軍基地成功發射升空，将3.5噸的補給與儀器送往國際空間站。這是繼2014年10月“天鵝座”飛船發射失敗爆炸以來，美國軌道ATK公司首次恢複向國際空間站供貨。
飛船最初定于3日發射，但由于佛州當地天氣狀況突變，大風、濃厚的雲層和降雨等惡劣氣候條件導緻發射時間連續三天推遲，終于在6日迎來好天氣。由“宇宙神5”型火箭搭載的新“天鵝座”飛船按照預定時間準時升空，随後順利與火箭分離，按計劃将于9日抵達國際空間站。“天鵝座”此次攜帶超過3.5噸的物資，包括食品、零部件配件和科學實驗設備。NASA稱，這次補給中的1/3是6名空間站宇航員的給養，若無補充，空間站上的食品預計2016年4月告罄。
經過3天的追逐，美國東部時間12月9日6時19分（北京時間19時19分），美國軌道ATK公司的“天鵝座”飛船追上空間站，空間站上的美國宇航員謝爾·林格倫操縱近18米長的機械臂，将飛船緊緊抓住。此次補給任務将把空間站上的食品儲備延長至2016年5月。飛船還攜帶不少科研載荷，包括一個支持細胞培養、細菌和其他微生物研究的新型生命科學設備；第一個将從空間站上部署的微型衛星以及部署工具；熔融鋼鐵熱物理性能試驗設施以及耐火紡織品評估試驗設施等。由于聖誕節即将到來，此次物資中還有帶給宇航員的節日禮物。
人工縱火
2016年3月22日，美國軌道ATK公司向國際空間站發射“天鵝座”貨運飛船，飛船在完成任務返回時将和過去一樣在地球大氣層中焚毀。但與此前任務不同的是，這一次美國航天局将在“天鵝座”焚毀前先在飛船上遙控放一把“大火”。這場人造火災将是美國航天局“飛船火焰實驗”的一部分。美國航天局說，盡管該機構已從事太空飛行幾十年，但對火災在太空微重力環境下的燃燒擴散情況了解不多，而飛船火災又是美國航天局與國際太空探索界最大的擔憂之一。
該項目負責人之一加裡·拉夫16日在一份聲明中說：“飛船火焰實驗’将是迄今在太空最大的一次人造火災。此前我們隻是在空間站微重力環境中做過一些小型燃燒實驗。而在‘飛船火焰實驗’中，我們将安全地燃燒尺寸大一些的材料，不會對空間站或空間站宇航員帶來額外風險。”拉夫說，更好地了解火情在太空環境下的擴散情況，将有助于研制更好的防火材料與技術，從而幫助提高太空旅行的安全性。
按計劃，“飛船火焰實驗”将在“天鵝座”飛船上一個長0.9米、寬0.9米、高1.5米的模塊中進行。在飛船從空間站脫離一段距離後，地面人員将遙控點火，燃燒物是長1米、寬0.4米的特殊布料。此前空間站上實驗燃燒的材料長與寬都不超過10厘米。
第六次任務
2016年10月17日，美國軌道ATK公司利用升級版火箭發射“天鵝座”飛船，執行第六次國際空間站貨運任務。
第七次任務
2017年4月18日，“天鵝座”飛船搭乘美國聯合發射聯盟公司的“宇宙神5”火箭，從佛羅裡達州卡納維拉爾角空軍基地發射升空。
執行此次任務的“天鵝座”飛船被特别命名為“約翰·格倫号”，以紀念2016年12月去世的前美國宇航員約翰·格倫。格倫于1962年乘坐“友誼7号”飛船進入地球軌道，成為繞地球飛行的第一名美國人。
“‘宇宙神5’起飛了，帶着‘天鵝座’，帶着‘約翰·格倫号’，延續着（格倫）在太空生活工作的科研遺産，”一名美國航天局解說員在電視直播中說。
飛船攜帶約3．5噸物資，除宇航員的給養外，還有相當多的科研物資，其中一個項目用于提高化療藥物治療癌症的效果，還有一個密封設施用于研究在太空種植作物，以支持宇航員執行長期太空任務。飛船上還攜帶38顆微型立方體衛星，其中多數由大學生研制，它們将于未來幾個月從飛船和空間站中被釋放進入太空。
美國航天局第一次提供360度全景視頻直播，但發射瞬間的直播卻遭遇技術問題。
CRS-16
2021年8月11日06時01分，“天鵝座”（Cygnus）CRS-16貨運飛船搭乘“安塔瑞斯”（Antares）運載火箭從沃羅普斯發射場發射并取得成功。“天鵝座”飛船為一次使用的貨運飛船，可為“國際空間站” 運送物資，同時可裝載廢棄物再入大氣層燒毀。
此次任務中，“天鵝座”飛船為“國際空間站”運送了約3723kg設備物資，包括研究設備、乘員補給、艙外活動裝備、系統硬件等。飛船攜帶的研究設備主要用于開展在軌實驗，相關研究成果有助于我們更好地了解如何為未來開展長期的月球及火星探測任務作好準備，支持不斷增長的太空經濟，并改善地球生活。此外，飛船還為美國太空發展局（SDA）攜帶了“原型紅外載荷”（Prototype Infrared Payload），利用飛船在軌停靠期間收集數據樣本，開展導彈預警試驗。
CRS-17
美國東部時間2022年2月19日12時40分，“天鵝座”CRS-17（Cygnus CRS-17）貨運飛船搭乘安塔瑞斯-230火箭從沃洛普斯島航天中心發射升空。這是2022年全球實施的第16次發射任務，是美國火箭實施的第10次發射任務。此次任務中，“天鵝座”飛船為“國際空間站”運送了約3.8噸補給物資和設備，其中包括将在“國際空間站”和在飛船離站後部署的6顆小衛星。諾格航天系統公司對“天鵝座”飛船進行了改進，以加大飛船載貨能力。
CRS-18
2022年11月7日消息，美國國家航空航天局（NASA）發布消息稱，原本應于6日升空的“天鵝座”（Cygnus）貨運飛船推遲發射一天，原因是飛行管理中心突發火警。飛船的發射被推遲到美國東部時間11月7日5點27分”。
突發事件
2022年11月7日，點火飛往國際空間站的“天鵝座”無人駕駛貨運飛船（Cygnus）一個太陽能電池陣列未能打開，但11月9日依然能夠與國際空間站對接。
