研發背景
太空梭是一種重要的運載工具，但機群卻在不斷老化，其運行成本也在不斷飈升。哥倫比亞號太空梭因泡沫絕緣材料問題導致的事故，更是引發了公眾對於太空梭安全性的懷疑。從設計思想上來說，太空梭的重複使用、貨運和載人任務結合、航空與航天任務結合這些特點，從根本上導致了航天成本和系統複雜性的提升，並間接限制了太空梭的安全性和使用效率。為此NASA中止了所有太空梭的飛行任務。NASA需要一種飛行器，以便將太空人和載運物送往地球軌道、月球和火星。為開展未來的太空探索活動，NASA正在設計一種新型飛行器。
名稱由來
“載人探索飛行器”（Crew Exploration Vehicle，CEV）原本是美國國家航空航天局所預定的名字，並打算在2006年8月31日公布。可惜在2006年8月22日之前，國際太空站上的美國太空人傑夫·威廉斯對地球無線電通話時無意中說溜了嘴，提到了美國國家航空航天局剛剛選定的最後名稱獵戶座，訊息很快傳播開來。因此，美國國家航空航天局只得在2006年8月22日正式公布獵戶座這個名字。
該名稱來自於獵戶座，而獵戶座是天空中最明亮的星座之一，也是大家十分熟悉而且極易辨認的星座。而該代號也曾用在約翰·楊和查爾斯·杜克所乘坐過的阿波羅16號的登月艙，該登月艙在1972年4月的時候降落在月球的表面。
結構組成
獵戶座飛船，是NASA的新型宇宙飛船。是由洛克希德·馬丁公司負責設計和建造的飛船。實際上由兩個飛行器構成，它們分別是：載人探測飛船(CEV)和貨物運載火箭(CLV)。獵戶座飛船內部空間比阿波羅飛船大2.5倍，最多可容納6名太空人。
獵戶座由服務艙、乘員艙、發射中止系統（LAS，也叫異常中斷系統,或逃逸塔）以及飛船適配器組成，重約23噸，直徑約5米。其加壓艙容積約為19.5立方米，可居住容積8.9立方米。除了增大了直徑以外，獵戶座增大內部可用空間的措施之一是使用了更少的儀錶盤（10個左右）。
相比阿波羅飛船，獵戶座的指令艙雖然與之相似，但明顯更大、更壯，其艙內空間比阿波羅指令艙大1倍。在技術性能上，它也比阿波羅有大幅度提高，分系統和元件採用許多創新技術。獵戶座採用太陽能電池翼供電，所以功率大，行動時間長，而阿波羅飛船只能由燃料電池短期供電。獵戶座擁有世界上最大的防熱罩，它採用先進耐高溫複合材料，由數十萬個蜂窩結構組成，可以有效阻絕飛船以26馬赫速度接近地球大氣層時，飛船表面高達1763℃的高溫。每次返回地面後隔熱罩還可以替換。
由於獵戶座是一種多用途飛船，其飛行範圍要達到超出月球至更遠，所以飛船內的航天員將面臨更強的宇宙輻射，因此獵戶座飛船上的輻射禁止系統也是一大關鍵性的分系統。該飛船上的中央計算機為飛船的大腦，是同類飛船中最先進的，每秒處理的指令數量可達到4.8億條，這是國際空間站的25倍，太空梭的400倍， 阿波羅飛船的4000倍。該中央計算機還能抵抗極端的高溫和寒冷環境，以及嚴重的輻射甚至是振動環境，其重啟的時間只需15秒。安全性較太空梭提高了10倍，是獵戶座的又一特徵，這大大增強航天員生存的機會。主要是因為發射時獵戶座與火箭串聯在一起，並具備逃逸裝置—發射中止系統。發射中止系統是宇宙飛船進入發射程式後的一道關鍵性安全設計，當獵戶座進入發射持續後，如果需要緊急中止發射，那么就要啟動以毫秒為單位的發射中止系統，在緊急情況下可以激活乘員艙並啟動逃生程式，通過小型火箭讓乘員艙脫離火箭。
載人飛船
駕駛艙
獵戶座駕駛艙是太空飛行器特色之一。兩種方案——往返空間站的6座位式和執行月球任務的4人式——都在設計中，座位採用可摺疊的金屬構架形式，以牢固的帶子連線。這種設計可以保證著陸期間如果缺失2個降落傘（共4個）乘員仍是安全的，還可以在太空艙著陸後側翻的情況下保證太空人的安全。
登入艙
登入艙與阿波羅登月艙相比大很多，可以攜帶重量高達23噸的載籌抵達月球表面，甚至比整個阿波羅登月艙還要重。這么大載籌重量，甚至可以用於支持長期有人照料的月球基地。這一大載籌的特性，對於運送大量物資和科研設備至月球表面基地來說，是非常有意義的。
和阿波羅登月艙一樣，獵戶座的登月艙也包含降落和起飛兩個過程。在起飛階段，登月艙可以承載4人至環月軌道。按照原來的計畫，登月艙應當使用使用甲烷-氧氣燃料作為推進劑。在這一個基礎上，還會衍生出結構近似的，用於火星任務的著陸器。選用甲烷作為燃料的一個重要原因是，它可以通過套用原位資源利用的理論方法在火星土壤中獲得，而無需從地球運送過去。但由於該型推進系統仍然處於雛形階段，為了避免因此拖後登月計畫的整體進度而改為使用液氧-液氫燃料。
返回艙
獵戶座的返回艙重達12噸，這幾乎是阿波羅指令艙的兩倍。和阿波羅指令艙一樣，它也可以與一個服務模組連線，以提供諸如生命維持以及飛船推進等功能。需要特別說明的是，它的燒蝕式隔熱盾在每次使用之後便會拋棄，這與阿波羅的設計類似，而返回艙本身則可以重複使用大約10次。
逃逸塔
逃逸塔是載人探測飛船的獨特部件之一，它是一種小型火箭，能在發射失敗時將指令艙推離助推火箭。這種機制要比太空梭的中止程式更安全。
太空艙
“獵戶座”太空艙直徑約5米，總重量約25噸。是“阿波羅”可居住空間的2.5倍。目前設計的“獵戶座”至少有兩個視窗（駕駛員和指令長的座椅旁邊各有一個），和一個艙門。與“阿波羅”類似，“獵戶座”的入口艙門在其側面，對接通道在其頂端（用與空間站或登月載具對接）。獵戶座飛船上的載人艙也採用了錐形結構，比太空梭的外形更符合空氣動力學原理。
服務艙
載人探測飛船的服務艙也將採用圓柱形外觀。承載主推進系統、動力系統和飛行姿態控制系統。飛行姿態是指飛船在空間（x、y、z方向，或者俯仰、滾轉和偏航軸）中的定向方式。“獵戶座”飛船則採用反推力控制推進器來控制飛行姿態，這些推進器分別安裝在飛船的頭部和尾部。在飛行中，服務艙將覆蓋並保護載人探測飛船載人艙的隔熱層，同時為飛船提供電力、推進力和飛行姿態控制。服務艙將在飛船重返大氣層之前被拋棄。
服務艙的一些特點包括：
（1）單發動機推進，使用甲烷/氧燃料，其效率稍高於阿波羅號飛船服務艙使用的自燃燃料混合物（肼/四氧化氮）。與肼/四氧化氮相比，甲烷/氧燃料具有更高的比沖（單位重量推進劑產生的衝量），這意味著當推進燃料質量相同時，其燃燒時間更長，並能帶來更高的速度。將來，人類有可能會利用月球和火星上的原料來製造甲烷，為這種類型的飛船提供燃料。
（2）更大的載油量使選擇不同的月球軌道和著陸點成為可能。
（3）除燃料電池提供的能源外，飛船上的太陽能電池板也能發電並提供補充能源。
（4）含有液態氨或水/乙二醇混合物的導管將熱量傳遞給散熱器，以便將其散發到太空中。在外太空，有陽光照射的區域和沒有陽光照射的區域溫差大概有204攝氏度。這種受熱不均現象會使飛船結構中的金屬產生熱應力。為了抵消這一效應，阿波羅號飛船在飛往月球時，採用繞軸旋轉的方法，確保太陽射線能夠均勻照射飛船的各個部分（“燒烤棍滾動操縱法”）。預計載人探測飛船也會採用相同的方法。
（5）採用轉向推進器控制飛行姿態，與阿波羅號飛船類似。
貯藏艙
獵戶座貯藏艙是沿著“獵戶座”地板的內壁，正對著主窗的空間用來放置電子設備、生活用品及計算機設備， 剩餘的空間可自由使用。“獵戶座”與NASA過去的載人飛船不同的一個特點是增加了兩個太陽能電池帆板。
火箭助推器
火箭助推器將載人探測飛船送入地球軌道，貨物運載火箭將負責運載重型載運物，比如登月車、月球中轉站和空間站部件。如有必要，貨物運載火箭也可以運送人員。
載人探測飛船助推器的第一級將是戰神I型固體火箭推進器 (SRB)，類似於太空梭所採用的火箭推進器。第二級為單台太空梭發動機，由液氫罐和液氧罐提供燃料。前兩級火箭都無法回收或重新使用（而太空梭的固體火箭推進器則可以回收再利用）。載人探測飛船的發射助推器只負責運載太空人，而不運載沉重的載運物。因此，載人探測飛船的助推器可以比阿波羅號飛船和太空梭的助推器小。載人太空探索需要將太空人和載運物都送入太空軌道。以往的飛行器都是使用同一個火箭來運載人和物，但載人探測飛船將這些功能分開。
運載火箭
可運送重型載運物，必要時還能搭載太空人，由兩級組成：
（1）第一級有5台以液氫和液氧為燃料的主發動機（稱為戰神V型火箭）。
（2）第二級為一台太空梭主發動機或一台阿波羅號飛船所採用的J-2型發動機，它們都採用液氫和液氧作為燃料。
外觀特徵
獵戶座飛船外觀 獵戶座飛船的外貌與阿波羅飛船相似，乘員艙生產調試中飛船並沒有機翼和尾翼，不再像太空梭那樣通過滑翔方式返回地球，而是像飛船那樣通過降落傘降落，因而不需要複雜的氣動外形和防熱系統，可提高返回時的安全性。獵戶座的外殼類型和阿波羅號的相似，而隔熱盾則與海盜號類似，這和太空梭這種帶有機翼的升力體結構完全不同。
技術模組
獵戶座飛船，融入了電腦、電子、維生系統、推進系統及熱防護系統等領域的諸多最新技術。同太空梭比，奧賴恩的使用成本更加低廉，安全係數也提高10倍，而且與太空梭一樣可以回收再用。這種飛船將比阿波羅號飛船以及太空梭上的更為先進。“獵戶座”飛船將採用經過阿波羅號飛船和各項太空梭計畫驗證過的可靠技術。這種飛船適合進行長期太空探索活動，並且更加安全，功能也更為齊備。
逃逸系統
設定有’‘逃逸塔系統，一旦在發射時出現故障，引發燃料爆炸，可迅速將飛行器分離出去，通過降落傘安全降落。這些措施可使航天飛行事故率從以往太空梭1/220降低為現在的1/2000，提升了安全係數。借鑑俄羅斯飛船的經驗，把人、貨分開運輸，這樣既安全，又經濟。
載人模組
獵戶座飛船的載人模組計畫由洛克希德·馬丁公司建造，可以容納四至六名機組人員。與之對比，阿波羅飛船的載人模組只能接載三名人員，但太空梭則可載七名人員。
獵戶座飛船“載人及服務模組”（CSM）的結構包括兩個主要的部分：一個圓錐形的載人艙，以及一個圓柱形的服務艙。後者除了提供飛船的推進動力之外，還提供額外的供給。這兩者都是在1967年至1975年執行任務的阿波羅號飛船命令及服務模組的基礎上進行設計的，除此以外，還參考了太空梭計畫中所衍生出來的新型技術。探索系統任務部綜合辦主任尼爾·伍德沃德認為“使用現有技術和解決方案能降低風險”。
雖然獵戶座飛船採用了與六十年代開發的阿波羅飛船相近的設計理念，其載人模組將會使用數項較為完善的技術，包括：
“玻璃駕駛艙”數位化控制系統衍生於波音787飛機中的駕駛艙，類似俄羅斯進步號飛船和歐洲自動運載飛船的自動對接系統，該系統允許在緊急情況下由太空人全權控制。此前的其他美國飛船，如雙子座、阿波羅飛船，以及太空梭等，在進行對接時都需要手動操作。
改進過的廢棄物管理設備，包括一個微型野營式馬桶，以及一個在太空梭和國際空間站中已投入使用過的不分性別的“便溺管”。其中太空梭的“便溺管”系統是基於天空實驗室上的系統開發的，而國際空間站的系統則是基於聯盟號、禮炮和和平號國際空間站的同類系統。因此，在該飛船中將徹底取消遭人恨的“阿波羅袋子”。之所以稱為“阿波羅袋子”，是因為阿波羅飛船上的太空人必須使用這種“設備”。該“設備”其實就是一個開口處有粘性的塑膠袋，排便時需要將其貼上在屁股上，然後再進行排便；
一個氮氣/氧氣混合空氣環境，保持海平面的大氣壓（101.3kPa），或者稍低（55.2至70.3kPa）；
一個比之前任何載人飛船更加先進的計算機系統。
該模組的另一個特性是可以部分重複使用。美國國家航空航天局計畫讓每一個該模組可以執行最多10次飛行任務，以便能形成包含載人及無人駕駛的獵戶座飛船船隊。無論是載人模組還是服務艙，都將會使用鋁合金來建造。這種材料已被套用於太空梭的外部燃料箱、德爾塔-4運載火箭以及宇宙神-5運載火箭的建造上。整個模組的隔熱方式，和飛船中其它非關鍵部位如貨艙門是一樣的，都是用諾梅克斯材料製成的隔熱氈進行包裹。可重複利用降落傘是基於阿波羅號及太空梭固體助推器的降落傘進行設計的，並同樣使用了諾梅克斯布料來製作。獵戶座的載人模組只能夠通過在水上降落來實現回收，這也是載人飛行任務時唯一可行的在地球上降落的方式。
為了使獵戶座飛船能夠與國際空間站或者其它星際飛船對接，對接系統採用了新的低衝擊對接系統*設計。該設計是太空梭上所使用的通用對接環的簡化版本，有趣的是太空梭上的這一系統其實是源自於1975年俄羅斯為阿波羅-聯盟測試計畫而設計的對接系統。飛船及對接接合器均設定了水星號和阿波羅號上所使用的發射逃逸系統*，以及源自阿波羅飛船上的玻璃纖維推進器保護罩。升空過程中的前2%時間內出現問題，這些裝置將保證載人模組能安全逃逸。
獵戶座載人模組的形狀與阿波羅號指揮艙類似，是一個頂角為57.5°的圓台體。其投影直徑為5.02米，長度為3.3米，重8.5噸。它的總體積將會阿波羅號的2.5倍，內部空間容積約為5.9立方米，可承載4至6名太空人。經過長期的研究，美國國家航空航天局決定選用低密度碳化燒蝕材料（Avcoat）作為重返大氣層時的熱盾材料。低密度碳化燒蝕材料是由玻璃纖維及酚醛樹脂構成的蜂窩結構，其中填充以石英纖維。該材料曾在阿波羅計畫中使用，並在太空梭早期飛行任務中用在了特定的部位。
服務模組
逃逸系統
獵戶座發射失敗逃逸系統試驗品在美國國家航天局蘭利研究中心裝配完成。
發射終止試驗
獵戶座飛船 阿連特技術系統公司（ATK） 在2008年11月20日成功的進行了第一次發射終止試驗。該逃逸系統的引擎能提供2,200千牛的推力，以便在發射場上，或者發射後高度在91公里之前發生緊急情況時進行逃逸動作。這個逃逸測試是該引擎在上述範圍內出現的逆向氣流範圍之內進行的第一次測試。
這一次逃逸點火試驗對引擎和其他組件進行了一系列的測試，該測試是為了在2009年春天進行下一個主要的、具有里程碑性質的試驗做準備。後者是一次全尺寸的實物模型試驗。
探路先鋒2009年3月2日，一個先行製作好的逃逸模組的試驗品，從蘭利研究中心運往新墨西哥州的白沙飛彈靶場進行測試。這一個探路先鋒除了含有一個真實的逃逸模組之外，還包括了獵戶座的實物大小模型。在飛彈八成將會製作一個14米高的火箭，以進行第一次發射台終止逃逸試驗。
電子系統設計特點
2014年12月5日，美國獵戶座載人飛船在經過4.5h的飛行過程後，濺落太平洋，成功完成了首次無人探索飛行試驗（ETF－1）任務。NASA 局長將此次任務的順利完成稱作“ 火星時代的第一天”。按計畫，獵戶座飛船將在2025年前將太空人送往月球軌道的一顆小行星， 並最終在2035年前後實現載人登入火星任務。
獵戶座飛 船 原 本 是 NASA“星座” 計畫中用於接替退役的太空梭、承擔“國際空間站”人員往返運輸任務的太空飛行器。2010年歐巴馬政府中止了“ 星座” 計畫， 但獵戶座飛船項目因仍能支持實現其載人深空探測目標而得以繼續。美國國會也將“ 航天發射系統” （SLS） 與“ 獵戶座” 飛船作為NASA載人航天和技術開發計畫的最高優先權項目予以保證。獵戶座飛船作為目前唯一可實現載人火星探測任務的飛行器，雖然外形類似於“ 阿波羅” 飛船， 但其電子系統的設計卻充分借鑑了近10年來電子系統技術的最新成果，尤其是航空領域綜合電子系統的研發成果。系統採用“故障靜默” 的工作模式，而非傳統的拜占庭容錯架構，並輔助以自檢處理器結構、容錯通信網路以及分時分區作業系統技術，使得系統的可靠性和安全性達到太空梭的10倍以上，為構建未來宇航探索項目的電子系統奠定了基礎。
系統選用時間觸發乙太網（TTE） 作為骨幹網路，系統各設備與網路交換機進行連線，共包含18塊時間觸發乙太網交換卡及46個終端節點。採用這種交換式的網路結構，使得系統結構擴展靈活，如當有新設備需要接入系統時，只需要將新設備連入交換機即可，其他已連線設備不受任何影響。
TTE網路採用光纖作為傳輸介質，提供高達12.75Gbit/s 的帶 寬。通信採用時間觸發方式，各節點的占用頻寬以及傳輸路徑通過預先規劃實現通信資源的靜態配置。當系統發生故障時，故障設備只影響自身所分配的頻寬，而對系統中其它節點沒有影響，形成天然的“防火牆” ，避免故障擴散而對系統整體造成的災難性影響，系統可靠性顯著增強。與此同時，通過預先分配頻寬的方式，實現對系統資源使用情況的提前預估，從而降低了系統集成節點的複雜度。
性能特點
獵戶座飛船的載人艙與阿波羅號飛船有一些相似之處，不少外界人士認為，它深受早期阿波羅飛船的設計思路影響。獵戶座飛船與阿波羅飛船相比，有如下特點：
（1）載人探測飛船的載人艙直徑更大（為5米，而阿波羅號飛船為1.2米），能搭載更多人和貨物。
（2）載人探測飛船尾部的隔熱層為燒蝕材料，將在飛行中汽化。阿波羅號飛船使用單張多層的尾部隔熱板，隔熱板的材料為鋁和環氧樹脂，能夠吸收飛船重返大氣層時產生的熱量並融化。（這種隔熱板和指令艙的其他部分一樣都只能使用一次。）太空梭使用陶瓷隔熱瓦、隔熱毯和增強碳樹脂來吸收熱量。但是，事實證明這種設計實現起來要比理論上難得多。載人探測飛船的隔熱層最多可修復並重複使用10次，從而延長了飛船的設計壽命。
（3）載人探測飛船上的氣囊確保飛船既可以在陸地回收，也可以在海上回收。而阿波羅號飛船每次都是在海面著陸並回收的。載人探測飛船位於發射助推器的上方，這樣可以避免被掉落的碎片（比如泡沫塑膠或冰塊）擊中。
（4） 空間更大，能攜帶4到6位太空人，而阿波羅飛船最多只能承載3名太空人。
（5） 裝備有太陽能電池板，這將大大減少使用燃料電池和普通電池。
（6）既能像阿波羅飛船一樣降落於水中，也能依靠降落傘在乾燥的沙漠地區著陸。
（7）由高科技合成材料製成，重量顯著降低，而具有強大處理能力的電腦令它的“大腦”更發達。
（8）月球巡航速度更快，重返大氣層時的速度高達11千米/秒。
（9）獵戶座的著陸路方式則被設計為在陸地上著陸，而不是在海上著陸。採用這類著陸方式還包括俄國的聯盟號飛船，以及中國的神舟號飛船。不過在緊急情況下，它也可以在水上著陸。目前已選定的可用著陸點包括加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地，內華達州的卡森平原，以及華盛頓州的摩西湖市。在西部海岸選擇找陸點可以讓大部分的著陸路徑在太平洋上空，從而避開了人口密集的地區。
研發目標
獵戶座飛船將替代太空梭的計畫，並要求現有太空梭在2010年前退役。美國國家航空航天局將進行最後一次太空梭發射之後，用該飛船來執行載人航天任務。其首次任務被定於在2015年執行，之後將用於訪問國際空間站。如果商業軌道運輸服務出現問題無法使用，則該飛船將會替代執行國際空間站的後勤運輸任務。此後，獵戶座飛船將會作為載人月球及火星計畫中的一個關鍵裝備。
按照計畫，獵戶座飛船將會在甘迺迪航天中心的39號發射複合體進行發射。該發射複合體的39A發射台目前被用於發射太空梭，而39B則正在進行適應發射戰神火箭的改造。發射時飛船將與火箭串聯在一起，即飛行器在火箭的頂部，而不像太空梭那樣與火箭並聯，所以能遠離燃燒的發動機和墜落的碎片造成的危險，完全避開泡沫材料脫落的威脅。
NASA希望“獵戶座”載人探測飛船成為未來太空探索活動中的多面手。據NASA預計，該載人探測飛船將在2014年之前將太空人送入國際空間站，在2020年之前將太空人送抵月球，而此後的目標便是火星。
載人探測飛船的主要目標是重返月球。在阿波羅號飛船的設計階段，關於如何將人類送上月球曾有兩種提議：
·地球軌道集合（EOR）——在地球軌道上組裝大型探月火箭的部件，然後將其發射到月球。
·月球軌道集合（LOR）——兩個小型宇宙飛船（指令/服務艙和登月艙）在月球軌道上會合。
科學家們最終一致認為，在月球軌道集合可以減小更多重力，實現約翰·F·甘迺迪總統提出的10年內將人類送上月球的目標。載人探測飛船重返月球的飛行計畫融合了EOR和LOR這兩種方案的精髓。
載人探測飛船登月行動將建立月球基地，以探索月球並在月球南極尋找水源——水不僅是在月球生存的必需品，而且可以用來製造火箭燃料。此外，在登月行動中，太空人還將測試各種設備和技術，為將來的火星行動做準備。因為月球距地球只有三天的航程，所以從那裡執行火星登入行動將更安全、更經濟。月球行動中的救援工作與火星相比也更容易。載人探測飛船將成為其他外太空載人太空飛行器的設計典範。
NASA希望利用載人探測飛船將太空人再次送抵月球，並實現人類登入火星和其他太陽系行星的夢想。
2016年9月10日，美國國家航空航天局（NASA）的官員表示，該機構下一代載人太空船“獵戶座（Orion）”的研製工作目前正在有條不紊地進行，它將於2018年執行飛往月球背面的無人測試任務——“探索任務-1（EM-1）”，為之後的載人航天任務做準備。
NASA的官員表示，“獵戶座”太空艙碩大的主體結構目前已基本完工，工程師和技術人員正在安裝一些關鍵系統，比如，將用於製造飛船推進設備的金屬管和其他液體管線焊接在一起等。“獵戶座”太空艙由7個部分組成，每個部分之間都需要精細地焊合。
洛克希德-馬丁公司是“獵戶座”的主要承包商，來自該公司的KSC操作經理朱勒·施耐德表示，團隊預計於2018年2月或3月圓滿完成“獵戶座”的製造工作，之後，NASA會為2018年10月或11月開始的EM-1任務做準備。
在EM-1任務中，“獵戶座”將見證NASA迄今最大的火箭“太空發射系統”的處女航，執行飛往月球背面的測試任務。
歷史沿革
2004年1月14日，時任美國總統的喬治·沃克·布希對外宣布了太空探索遠景計畫，其中包括了當時被稱為“載人探索飛行器”的獵戶座飛船，次要目標是在2008年開始開發並測試新一代的航天飛船——載人探索飛行器，然後在2014年之前實施其首次載人航天任務。載人探索飛行器將可以替代（屆時業已）退役的太空梭，將太空人及科學家運送至空間站中，但其主要目標是將太空人運送到地球軌道之外的其它地方。
製造獵戶座飛船的部分原因是哥倫比亞號太空梭災難和之後的哥倫比亞號事故調查委員會的調查報告，以及白宮對美國航天載人航天任務現存問題的反思。它完全替代了還在概念階段的軌道空間飛機（Orbital Space Plane，OPS），後者是之前X-33試驗機計畫失敗後被提出來作為太空梭的頂替方案。在美國國家航空航天局前局長肖恩·奧基夫卸任後，該局的採購計畫和策略發生了如上所述的重大變化。
2004年7月，麥可·格里芬被任命為航天局局長之前，他以組長之一的身份參與了一個行星學會的研究“將人類送至更遠的太陽系空間” ，該研究為星座計畫提供了一個可負擔且可實現的實施策略，因此可以從中探知未來獵戶座相關計畫的可能發展方向。由於格里芬是該研究的其中一個組長，因此可以推斷他認同該研究的結論。而在他當上局長後也以實際行動支持達成該計畫的目標。載人探索飛行器的原始策略後來出現了若干修改，這在美國國家航空航天局探索系統架構研究中進行了相關說明。
根據執行概述，該研究制定了一個“分階段將人類探索範圍延伸至低地球軌道空間以外的方法”，並具體建議分為如下三個階段：
階段一：“將重心放在開發新一代載人探索飛行器（CEV），完成國際空間站，以及退役過時的太空梭之上。其中，在完成了國際空間站美國艙核心之後（大約需要6到7次的飛行任務），以及滿足其它合作成員對完成國際空間站的需求所必須提供的最少附加分型任務之後，太空梭將會儘快退役。太空梭退役將會導致美國低軌道載人航天能力的缺失，而於此同時，退役所節省出來的資金，將用來加快新一代飛行器的開發計畫，以儘可能減少甚至消除這一空缺時間。”
階段二：“必須開發更多附加組件，包括提高運載系統的功率以適應需要飛行數月的行星際載人航天探索擴展任務；以及居住艙、實驗艙、燃料模組和推進模組，以適應將人類用送至月球、火星、拉格朗日點和某些近地小行星附近的目標。”
階段三：“載人行星著陸器的開發將在本階段完成，以允許實施人類登入月球，進而於2010年登入火星的任務。”
2005年9月19日，相關的研究結果在新聞發布會上公布。該研究建議2014年開始進行獵戶座的載人飛行任務，並認同採用月球軌道集合的方法登入月球。其中，低地球軌道版本的獵戶座飛船，則可以將4到6人運至國際空間站，而登月版本則可以承載4人，登入火星的版本可以承載6人。與此同時，還會發展一型類似於俄國進步號飛船的無人貨運飛船版本。
2006年7月下旬，美國航天局的第二次設計評審，導致了飛船設計的重大變化。起初，美國國家航空航天局想使用液體甲烷(LCH4)作為獵戶座飛船（SM）的燃料，但是因為氧氣/甲烷動力的火箭技術還不成熟，並且需要在2012年發射獵戶座飛船，其在2006年七月下旬批准換成了自燃式推進器。該替換使得美國國家航空航天局能在2011年前對獵戶座飛船和戰神I號火箭進行安全評估，並且能夠填補將於2010年退役的太空梭和第一次獵戶座飛船的載人飛行之間潛在的空缺。
2006年9月，美國國家航空航天局選定洛克希德·馬丁為獵戶座的契約商，後者同時也是當前擎天神五號運載火箭外掛燃料箱的契約商。
2007年4月20日，美國國家航空航天局和波音公司簽訂了獵戶座飛船契約的一項修改。更新後的契約延長了獵戶座飛船計畫2年設計時間，加入了2次獵戶座飛船發射中斷系統的飛行測試，並且刪除了能對國際空間運送密封貨物的原始設計。
2007年5月《太空日報和防禦報導》中的一片文章指出，被稱為結構“606”的獵戶座飛船登月艙的最新設計修訂本中，服務模組會有一個外部的面板，其會在戰神一號運載火箭火箭的第二次點火階段後不久就脫落。相比之前的結構“605”，這項設計會節省1000磅的重量。
2007年8月5日，一份報告稱安全氣囊著陸系統從下一輪獵戶座飛船的設計（代號607）中移除了，其考慮到節省總重量，改成在任務結束時使用阿波羅形式的返回艙。
2009年9月8日，歐巴馬政府委託載人航天計畫委員會發布了有關多個美國政府載人航天計畫的長期規劃檢討簡報。其中需要實現的多個目標包括：對國際空間站的支持，低地球軌道以外空間（包括月球）的任務進展，以及商業空間工業的利用情況等。這些目標必須在有限的預算內實現。
這份檢討簡報中需要考慮的參數包括“人員及任務的安全性、生命周期成本、開發時間、對國內空間產業根基的衝擊、促進創新鼓勵競爭的潛力、從當前載人航天飛行系統過渡到未來系統所產生的影響和衝擊”。此外還會考慮到研究及開發量的估算，以及“為支持各種載人航天飛行活動所需要的輔助機器人活動”，並探討2016年之後延長國際空間站運作時間的各種選項。
2010年按計畫，美國宇航局太空梭將全部退役，新一代載人航天系統“獵戶座”飛船將於2015年服役。“獵戶座”飛船將擔負美國人重返月球和載人探索火星的重任。登月任務的開發計畫太空梭退役後立即開始提速。其中的月球表面登入模組（登月艙）以及重型起飛推進器會同時並行開發，並且在2018年即進入可以執行任務的狀態，並最終於2020年在月球表面著陸。
2013年8月13日，美國海軍船塢登入艦阿靈頓號（LPD 24）搭載著美國宇航局的“獵戶座”飛船返回艙在諾福克軍港進行了著陸回收測試。美國宇航局正與美國海軍密切合作，以研究“獵戶座”返回艙在返回地球落入大海後的回收步驟。
2013年11月，據美國宇航局網站報導，美國首個深空載人飛船——獵戶座飛船首次進行了通電測試，從而為2014年首次發射升空鋪平道路，這是獵戶座飛船研製過程中的一項重要里程碑。
2014年8月6日，NASA已與美國海軍合作完成了對獵戶座飛船的第二次濺落回收測試。
2014年12月5日7時5分，獵戶座飛船首飛成功。在這次飛行中，獵戶座飛船搭乘“德爾塔”－4重型火箭點火，在朝霞中從佛羅里達州甘迺迪航天中心升空，經過約4個半小時的試飛後，飛船落入太平洋海域。該款宇宙飛船長遠計畫用作接載航天員離開地球軌道，登入小行星甚至火星進行探索，《大西洋月刊》稱，這一天為“火星時代的第一天”。這是1972年12月阿波羅17號進行最後一次載人登月後，首個外層空間載人探索計畫。在任務結束後將以32000千米/時的速度返回地球，在大氣層中經受近4000華攝氏度的高溫，最後墜落在太平洋上。飛船回收團隊針對這些情況，對“獵戶座”的回收進行了測試。之後美國海軍船隻在潛水員協助下，迅速駛進該海域打撈出飛船。
2016年9月，美國國家航空航天局（NASA）的官員表示，獵戶座的研製工作目前正在有條不紊地進行，它將於2018年執行飛往月球背面的無人測試任務——“探索任務-1（EM-1）”，為之後的載人航天任務做準備。NASA的官員表示，“獵戶座”太空艙碩大的主體結構目前已基本完工，工程師和技術人員正在安裝一些關鍵系統。
研發成本
2004年11月，美國國會會議中全額通過了。包括了“4.28億美元的用於開發新一代載人探索飛行器的星座計畫（5年內總計66億美元）預算。
2005年，布希總統在財年要求的預算中，包括該載人探索飛行器的星座計畫的預算。
2006財年的預算要求為7.53億美元，用於繼續開發載獵戶座飛船。而依照截至2005年的開發情況看，其總預算估計為150億美元。
2006年8月31日，洛克希德·馬丁獲得了獵戶座計畫契約中最初的“時間表A”部分，該部分價值39億美元，將持續執行至2013年。契約中更多可選開發的“時間表B”部分，則可能價值高至35億美元。
雖然迄今為止該計畫得到了充分的資金保障以及眾議院的支持，仍然存在太空梭復飛計畫成本升高導致的投入獵戶座開發的資金出現極端困難的可能性。關於這個問題，也曾經討論過是尋求國會提供太空梭額外開銷的特殊資金，還是讓私人企業參與到獵戶座的開發和運作中。
到2025年為止，不考慮通貨膨脹因素，以及給美國國家航天局增加的額外預算，預計的總預算額為2100億美元。而空間探索系統架構研究對截至2025年的總成本的估算為2170億美元，比預算僅多出70億美元。實際的最終成本可能會比這個估計更低，因為這個估算包括了為發射獵戶座的運載火箭中的地球出發級開發全新的引擎，而實際上可能會採用J-2引擎的衍生型號。白宮的奧古斯丁委員會預計，在獵戶座及戰神一號開發完畢之後，還會發生每次發射近10億美元的成本。
