天鹅座宇宙飞船是为美国轨道科学公司应美国国家航空航天局商业轨道运输服务发展计划的一部分而正在开发的无人驾驶补给飞船，计划由安塔瑞斯火箭将飞船运送至国际太空站所在轨道以补给物资。2013年9月29日首飞成功。
2014年10月28日首次进行夜间发射。发射升空后因火箭爆炸，天鹅座宇宙飞船受损。
2015年12月6日下午4时44分（美国佛罗里达州当地时间），历经三次延迟发射的新一代“天鹅座”(Cygnus)无人货运飞船于卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空，将3.5吨的补给与仪器送往国际空间站。并于9日成功与国际空间站对接，这是美国在经历两次发射爆炸事故后，第一次恢复空间站“快递”服务。2016年10月17日，美国弗吉尼亚州安塔瑞斯火箭搭载天鹅座宇宙飞船从瓦罗普斯飞行研究所起飞，将向国际空间站输送5100磅的补给。
2017年4月18日，美国轨道ATK公司利用“宇宙神5”火箭发射“天鹅座”飞船，执行第七次国际空间站货运任务。
美东时间2021年11月20日11时01分，美国“天鹅座”补给货船从国际空间站脱离，并开始沿地球轨道进行飞行。2022年11月9日美国国家航空航天局（NASA）直播画面显示，“天鹅座”（Cygnus）货运飞船与国际空间站顺利实现对接。
美国航天飞机宣布退役后，自2000年8月起国际太空站的补给任务便逐渐由无人载具的定期发射任务取代，这包括有俄罗斯联邦太空局的进步号太空船、欧洲空间局的自动传送载具、宇宙航空研究开发机构的H-II传送载具与SpaceX的天龙号太空船。美国国家航空航天局借由与天鹅座宇宙飞船建立合作关系，进一步发展自身国内的航空与航天，并与基斯特勒火箭机（Rocketplane Kistler）公司开展合作。
在基斯特勒火箭机（Rocketplane Kistler）公司宣布其K-1火箭发展计划无法达成资金拨款的义务要求后，美国国家航空航天局于2007年10月18日决定终止合作协议，连带也解除商业轨道运输服务重新竞标时与基斯特勒火箭机公司的第二次合作可能。
2008年2月19日，美国国家航空航天局宣布选择了轨道科学公司的方案。
2008年12月23日，美国国家航空航天局提供轨道科学公司19亿美元的商业轨道运输服务（Commercial Orbital Transportation Services）之合作协定，而根据协定轨道科学公司必须在2016年以前借由8次天鹅座宇宙飞船任务运送多达20吨的货物抵达国际太空站上。
2010年4月时，在科罗拉多州科罗拉多泉举办的国家太空研讨会（National Space Symposium）上展示了天鹅座宇宙飞船于轨道上航行的全尺寸模型。
2010年12月时，轨道科学公司则推出负责装载天鹅座宇宙飞船的中级运载火箭安塔瑞斯火箭。
天鹅座宇宙飞船由两个基本部分组成，分别为加压货物模组（PCM）与服务模组（SM）。
加压货物模组由泰雷兹阿莱尼亚宇航公司所制造，其基本装载容量为18立方米。
服务模组则是自轨道科学公司生产的卫星平台STAR Bus与黎明号零件参考而成，其中总质量1,800公斤的推进器采用了以自燃推进剂（Hypergolic propellant）联氨与四氧化二氮为动力来源的火箭发动机，另外透过2个砷化镓太阳能电池模组以提供高达4千瓦的电力。2009年11月12日时，荷兰太空（Dutch Space）宣布将由其提供天鹅座宇宙飞船其太阳能电池模组。
天鹅座宇宙飞船参考日本H-II传送载具、SpaceX天龙号太空船以及其他商业轨道运输服务方案的作法，计划在靠近国际太空站后透过移动维修系统将宇宙飞船移至和谐号节点舱的通用接驳装置（Common Berthing Mechanism）进行对接。而在一般任务中，天鹅座宇宙飞船计划会持续停泊在国际太空站30天左右的时间。在返程时尽管一般型号的天鹅座宇宙飞船并无返回地球之能力，但可以如同俄罗斯的进步号太空船一般将陈旧设备与垃圾装载在其内并且加以抛弃。
另外轨道科学公司计划在第四次任务时改采用天鹅座宇宙飞船扩展型版本，其中除了将加压货物模组扩展至27平方米外，同时发电设施也改使用阿连特科技系统（Alliant Techsystems）所研发较以往太阳能电池更有效率的光伏阵列。另外在载运火箭部分也改使用推进力更强的卡斯托30XL火箭发动机，在太阳能电池模组重量减轻的情况下使得扩展型版本的天鹅座宇宙飞船能够多为国际太空站增加700公斤的有效载荷。另外轨道科学公司的计划还可能推出包括不加压货物模组（UCM）与返回货物模组（RCM），其中前者为如同美国国家航空航天局的快速后勤舱（ExPRESS Logistics Carrier），能够运送如轨道替换单元（Orbital replacement unit）这类不需要加压的货物，而后者则是能允许国际太空站将部分货物借由天鹅座宇宙飞船运回地球。
主要参数名称 参数
运载火箭 金牛座2号运载火箭
服务舱 继承“星”平台，黎明号
加压货舱 继承ISS多功能后勤舱
干质量（服务舱/加压货舱）1500kg / 1800kg
高度（服务舱/加压货舱）3.66m / 4.86m
最大直径 3.07m
加压舱货运容积（服务舱/加压货舱）18.9m³/26.2m³
货物上行能力 2000kg（标准），2700kg（改进）
货物下行能力 1200kg
功率输出 3.5kW（太阳定向）
美国东部时间2013年9月29日7时，美国私营企业轨道科学公司的“天鹅座”货运飞船与国际空间站成功对接。美国航天局电视直播了这次太空对接，意大利宇航员卢卡-帕尔米塔诺操作国际空间站上的机械臂，成功抓住缓缓靠近的“天鹅座”飞船。轨道科学公司随即在推特上发帖庆祝。这是继太空探索技术公司的“龙”飞船之后，又一艘与空间站对接的美国私企飞船。
美国轨道科学公司2014年1月9日9时成功发射“天鹅座”飞船，正式开始为国际空间站运送物资。这是继太空探索技术公司之后，又一家美国私营企业加入为空间站运送物资行列。
美国轨道科学公司的“天鹅座”货运飞船2014年8月15日结束了历时一个月的国际空间站之旅，从空间站上脱离后开始返回，预计两天后在地球大气层中自毁。“天鹅座”飞船的第二次送货任务也由此画上句号。
格林尼治时间2014年10月28日下午6时22分，携带美国天鹅座宇宙飞船的“安塔瑞斯”号运载火箭在弗吉尼亚州瓦勒普斯岛发射升空。此次是天鹅座宇宙飞船首次夜间升空，在升空后6秒钟时运载火箭爆炸，爆炸燃起巨大火球，运载火箭没有载人，但天鹅座”宇宙飞船受损。
2014年11月3日，而实际上，此次失事火箭所使用的发动机部分源自上世纪60年代苏联研制用于登月的火箭发动机技术。
2015年11月6日，美国国家航空航天局（NASA）放出了2014年“天鹅座”飞船爆炸事故的近照。
美国宇航局(NASA)消息，历经三次延迟发射的新一代“天鹅座”(Cygnus)无人货运飞船于美国佛罗里达州当地时间2015年12月6日下午4时44分从卡纳维拉尔角空军基地成功发射升空，将3.5吨的补给与仪器送往国际空间站。这是继2014年10月“天鹅座”飞船发射失败爆炸以来，美国轨道ATK公司首次恢复向国际空间站供货。
飞船最初定于3日发射，但由于佛州当地天气状况突变，大风、浓厚的云层和降雨等恶劣气候条件导致发射时间连续三天推迟，终于在6日迎来好天气。由“宇宙神5”型火箭搭载的新“天鹅座”飞船按照预定时间准时升空，随后顺利与火箭分离，按计划将于9日抵达国际空间站。“天鹅座”此次携带超过3.5吨的物资，包括食品、零部件配件和科学实验设备。NASA称，这次补给中的1/3是6名空间站宇航员的给养，若无补充，空间站上的食品预计2016年4月告罄。
经过3天的追逐，美国东部时间12月9日6时19分（北京时间19时19分），美国轨道ATK公司的“天鹅座”飞船追上空间站，空间站上的美国宇航员谢尔·林格伦操纵近18米长的机械臂，将飞船紧紧抓住。此次补给任务将把空间站上的食品储备延长至2016年5月。飞船还携带不少科研载荷，包括一个支持细胞培养、细菌和其他微生物研究的新型生命科学设备；第一个将从空间站上部署的微型卫星以及部署工具；熔融钢铁热物理性能试验设施以及耐火纺织品评估试验设施等。由于圣诞节即将到来，此次物资中还有带给宇航员的节日礼物。
2016年3月22日，美国轨道ATK公司向国际空间站发射“天鹅座”货运飞船，飞船在完成任务返回时将和过去一样在地球大气层中焚毁。但与此前任务不同的是，这一次美国航天局将在“天鹅座”焚毁前先在飞船上遥控放一把“大火”。这场人造火灾将是美国航天局“飞船火焰实验”的一部分。美国航天局说，尽管该机构已从事太空飞行几十年，但对火灾在太空微重力环境下的燃烧扩散情况了解不多，而飞船火灾又是美国航天局与国际太空探索界最大的担忧之一。
该项目负责人之一加里·拉夫16日在一份声明中说：“飞船火焰实验’将是迄今在太空最大的一次人造火灾。此前我们只是在空间站微重力环境中做过一些小型燃烧实验。而在‘飞船火焰实验’中，我们将安全地燃烧尺寸大一些的材料，不会对空间站或空间站宇航员带来额外风险。”拉夫说，更好地了解火情在太空环境下的扩散情况，将有助于研制更好的防火材料与技术，从而帮助提高太空旅行的安全性。
按计划，“飞船火焰实验”将在“天鹅座”飞船上一个长0.9米、宽0.9米、高1.5米的模块中进行。在飞船从空间站脱离一段距离后，地面人员将遥控点火，燃烧物是长1米、宽0.4米的特殊布料。此前空间站上实验燃烧的材料长与宽都不超过10厘米。
2016年10月17日，美国轨道ATK公司利用升级版火箭发射“天鹅座”飞船，执行第六次国际空间站货运任务。
2017年4月18日，“天鹅座”飞船搭乘美国联合发射联盟公司的“宇宙神5”火箭，从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。
执行此次任务的“天鹅座”飞船被特别命名为“约翰·格伦号”，以纪念2016年12月去世的前美国宇航员约翰·格伦。格伦于1962年乘坐“友谊7号”飞船进入地球轨道，成为绕地球飞行的第一名美国人。
“‘宇宙神5’起飞了，带着‘天鹅座’，带着‘约翰·格伦号’，延续着（格伦）在太空生活工作的科研遗产，”一名美国航天局解说员在电视直播中说。
飞船携带约3．5吨物资，除宇航员的给养外，还有相当多的科研物资，其中一个项目用于提高化疗药物治疗癌症的效果，还有一个密封设施用于研究在太空种植作物，以支持宇航员执行长期太空任务。飞船上还携带38颗微型立方体卫星，其中多数由大学生研制，它们将于未来几个月从飞船和空间站中被释放进入太空。
美国航天局第一次提供360度全景视频直播，但发射瞬间的直播却遭遇技术问题。
2021年8月11日06时01分，“天鹅座”（Cygnus）CRS-16货运飞船搭乘“安塔瑞斯”（Antares）运载火箭从沃罗普斯发射场发射并取得成功。“天鹅座”飞船为一次使用的货运飞船，可为“国际空间站”运送物资，同时可装载废弃物再入大气层烧毁。
此次任务中，“天鹅座”飞船为“国际空间站”运送了约3723kg设备物资，包括研究设备、乘员补给、舱外活动装备、系统硬件等。飞船携带的研究设备主要用于开展在轨实验，相关研究成果有助于我们更好地了解如何为未来开展长期的月球及火星探测任务作好准备，支持不断增长的太空经济，并改善地球生活。此外，飞船还为美国太空发展局（SDA）携带了“原型红外载荷”（Prototype Infrared Payload），利用飞船在轨停靠期间收集数据样本，开展导弹预警试验。
美国东部时间2022年2月19日12时40分，“天鹅座”CRS-17（Cygnus CRS-17）货运飞船搭乘安塔瑞斯-230火箭从沃洛普斯岛航天中心发射升空。这是2022年全球实施的第16次发射任务，是美国火箭实施的第10次发射任务。此次任务中，“天鹅座”飞船为“国际空间站”运送了约3.8吨补给物资和设备，其中包括将在“国际空间站”和在飞船离站后部署的6颗小卫星。诺格航天系统公司对“天鹅座”飞船进行了改进，以加大飞船载货能力。
2022年11月7日消息，美国国家航空航天局（NASA）发布消息称，原本应于6日升空的“天鹅座”（Cygnus）货运飞船推迟发射一天，原因是飞行管理中心突发火警。飞船的发射被推迟到美国东部时间11月7日5点27分”。
2022年11月7日，点火飞往国际空间站的“天鹅座”无人驾驶货运飞船（Cygnus）一个太阳能电池阵列未能打开，但11月9日依然能够与国际空间站对接。
