2011年美国国家航空航天局(NASA)开始研发用于载人深空探索的新型重型运载火箭，推动商业航天飞行进入新时代，更加充分地利用建造完成的国际空间站，取得了一系列技术突破和关于宇宙的重大发现。NASA局长查尔斯·博尔登称，2011年对于整个NASA而言是具有里程碑意义的一年。
　　确定了新一代载人航天运输系统的发展框架
　　新一代载人航天运输系统是美国未来载人航天活动的基础。5月，NASA决定以“猎户座”乘员探索飞船为基础研制用于载人深空探索的“多用途载人飞船”(MPCV)；9月公布了新型重型运载火箭的设计方案；11月宣布计划在2014年初增加一次“猎户座”飞船的无人飞行试验。试验中飞船将以8.9千米／秒的高速再入大气层，以模拟执行深空探索任务返回时的状态。NASA还在2011年进行了数次J-2X发动机的点火试验和“猎户座”飞船空投试验，并完成了一次Motor-3全尺寸研制试验。其中J-2X发动机将用于新型重型运载火箭的上面级，而Motor-3发动机是NASA迄今为止所开发的功率最大的固体火箭发动机。
　　加速推进商业航天活动发展
　　4月，NASA向四家公司授出了总值2.693亿美元的第二轮“商业载人航天发展”(ccDev)合同，用于先进商业乘员航天运输系统的概念设计，以及运载火箭和航天器等系统的开发。7月，NASA与联合发射联盟(ULA)签署合作协议，共同改造“宇宙神”5火箭用于载人航天任务。9月，NASA与阿连特(ATK)技术系统公司决定合作开发“自由”号运载火箭。同月，NASA还宣布征询完整描述航天运输系统的设计方案，包括运载火箭、航天器、地面与任务操作以及回收等，合同总值16.1亿美元，将从2012年7月持续到2014年4月。12月，NASA对第三轮“商业载人航天发展”合同进行调整，使用空间法案协议(sAA)合同替代固定价格的联邦采购法规(FAR)合同，从而使未来的商业航天发展更具灵活性、竞争性。随着潜在新市场的产生，商业航天活动还会进一步促进经济增长，届时商业载人航天运输能力将会更多地应用于商业和政府部门。
　　继续利用国际空间站开展研究
　　11月2日，NASA与合作伙伴共同庆祝国际空间有人值守11周年。国际空间站目前已经进行了1400多项实验，促进了医药、环境科学等方面的发展，并加深了人类对于宇宙的了解。NASA确定由空间科学促进中心(CASIS)负责管理国际空间站上美国舱段中非NASA的实验项目，以充分发挥国际空间站作为国家实验室的作用。首个进入空间的类人型机器人——“机器人航天员2号”(R2)和执行在轨卫星燃料加注实验任务的机器人(RRM)也被运送至国际空间站。为准备2012年实施首次商业运输任务，NASA同空间探索技术(SpaceX)公司、轨道科学公司密切合作，确保“龙”太空舱和“天鹅座”货运飞船的设计和操作与国际空间站兼容。11月15日，NASA开始公开招募新一批航天员，同时9名预备航天员结束了培训课程，有可能成为首批乘坐商业运载火箭的航天员，以及搭乘新型重型运载火箭进行深空探索的先驱者。
　　航天飞机计划终结
　　随着最后三次前往国际空间站的任务结束，美国航天飞机计划在2011年画上了句号。最后三次任务携带了大量维持空间站运行所需的补给品和设备。“发现”号于2月24日开始执行STS—133任务，携带了由意大利制造、经过改进的“莱昂纳多”号多用途后勤舱(MPLM)前往国际空间站。5月16日，“奋进”号满载补给品与设备开始执行STS-134任务，并将阿尔法磁谱仪_2(AMS)运送至国际空间站。-阿尔法磁谱仪2设计用来通过测量宇宙射线来寻找暗物质和反物质。7月8日，“亚特兰蒂斯”号开始执行STS一135任务，航天飞机最后一次运送补给前往国际空间站。在返回地球前，STS-135任务指令长将1981年4月首次航天飞机任务所携带的美国国旗留在国际空间站。
　　首席技术专家办公室推进空间技术计划
　　NASA的首席技术专家办公室开始通过新开展的空间技术计划努力实现各种构想。空间技术计划投资一些具有革命性的技术，在降低成本和扩展未来航空、科学探索任务范围的同时提升NASA的能力。目前，空间技术计划中有1000多个项目，涵盖了所有的技术领域和各种技术成熟度的项目。首个技术开发任务——“火星科学实验室”的着陆装置已在11月随“火星科学实验室”任务发射升空。此外，NASA的衍生技术正在显著改善数百万人的生活质量。
　　加强空间技术领域人才教育培养
　　NASA首席技术专家办公室为37所大学的80名空间技术领域优秀研究生提供奖学金。作为科学探索发展战略的一部分，NASA还首次举办了空间技术研究生课程，目标是为美国提供一条培养优秀工程师和技术专家的途径，从而为未来科学探索任务奠定技术基础，增强美国在该领域的竞争力。
　　火星任务继续取得重大发现
　　NASA的火星任务继续取得开创性发现，从而为未来载人探索火星奠定基础。火星轨道器的观察结果显示，在火星最温暖的年代可能存在水流，这是目前为止火星表面可能存在水的最有力证据。“机遇”号火星车在“奋进”陨石坑边缘附近找了矿石形成的明亮纹理，貌似水沉淀形成的石膏，将有助于认识火星上潮湿环境的历史。最新的火星探测器——“火星科学实验室”于11月26日由“宇宙神”5火箭发射升空，开始为期8个月的前往火星“盖尔”陨石坑的旅途。“火星科学实验室”任务中的“好奇”号火星车将继续寻找火星曾经适合人类生存的证据。
　　绘制首张全球海水盐度分布图
　　6月10日发射入轨的“宝瓶座”探测器绘制了首张关于海洋表面盐度的全球分布图。表面盐度是最后一个全球测量的主要海洋表面参数，将为科学家提供一个探索全球降水、洋流以及气候变化之间联系的工具。“宝瓶座”目前正在继续对全球海洋进行前所未有的细致观测，包括大量主要河流入海口附近的低盐度区域。
　　首次获得太阳高纬图像
　　6月，分别位于太阳两侧的“日地关系天文台”(STEREO)双子探测器共同合作，首次获得了完整的太阳高纬图像，这将促进对太阳系和空间物理学的研究，并有助于对以前的成像技术进行验证，改善空间天气预报的准确性和及时性。
　　行星探索硕果累累
　　2月，“星尘NEXT”探测器连续两次近距离经过“坦普尔”1号彗星，首次对同一颗彗星进行对比观测。3月，“信使”号探测器成为第一个到达太阳系最内层行星——水星轨道的航天器，将对其地形和磁场进行观测。7月，“曙光”号探测器进入“灶神”星(小行星带中的第二大小行星)轨道，并首次获得了近距离观测图像。8月，“朱诺”号探测器发射，预 计2016年到达木星，旨在绘制木星内部结构及了解该气体巨星的成因。9月，“圣杯”号(GRAIL)月球探测器发射，目的是测定月球内部结构。
　　“旅行者”号探测器接近太阳系边缘
　　来自人类最遥远的深空探测器——“旅行者”号的观测结果显示，太阳系的边缘并不平滑，而是充斥着大量扰动的磁泡，这些磁泡约有1.6亿千米宽，是在磁场重组时产生的。了解太阳的磁场结构将使科学家们了解银河系的宇宙射线如何进入太阳系，进而确定太阳与银河系其它星体是如何相互作用的。目前，“旅行者”号探测器行驶在距离地球超过144亿千米的太阳系边缘地区。
　　观测到黑洞吞噬恒星
　　NASA的“雨燕”(Swift)卫星、“哈勃”太空望远镜和“钱德拉”X射线天文台合作观测研究了一次高能量、长时间的爆炸过程。通过分析，天文学家揭示了此次代号“雨燕”J1644+57爆炸源头，是一个苏醒的黑洞吞噬了一颗恒星。该星系非常遥远，其发射出的光耗时约39亿年才到达地球。
　　发现首颗可能适合人类居住的行星
　　NASA通过“开普勒”任务发现了首颗可能适合人类居住的行星，该行星被命名为“开普勒22b”，半径是地球的2.4倍，表面温度约为21摄氏度，很可能存在有液态水。其主恒星与太阳属于同一类型，公转周期290天，距离地球约600光年。
　　继续开展航空领域创新研究
　　通过探索空中交通管理新途径、研制更省油和环保的飞机、以及提高航空的安全纪录等，为未来航空飞行奠定基础。
　　努力打造在线媒体
　　2011年，NASA官方网站连续第三次获得最佳政府网站。网站访问量超过1.4亿人次，用户下载网页超过6.52亿次，视频点击量2700万次，通过Facebook和其他服务平台分享网站内容达24.6万次。最后一次航天飞机任务成为NASA历史上最大的在线活动，在线观看人数超过56万。NASA官网还增加了移动终端服务，拓展了与用户的交流。人们能从Twitter、Facebook、YouTube等250多个位置找到NASA的各中心、项目和计划。NASA的官方微博(Twitter)已经拥有超过160万的“粉丝”，而国际空间站的航天员也通过个人微博与地面保持联系。
　　积极促进科学和数学教育发展
　　NASA教育办公室建立了多种合作伙伴关系，并开展了一系列活动，以促进科学、技术、工程和数学教育。