Zones sombres sur le terrain cratérisé de Vesta photographiées par la sonde spatiale Dawn.L'équipage du dernier vol de la navette spatiale américaine à son retour de mission.
Quatre sondes spatiales interplanétaires ont été lancées en 2011. La NASA lance en août Juno, à destination de la planète Jupiter que la sonde doit atteindre en 2016. La mission phare de la NASA, le rover MSL, est lancé en novembre vers la planète Mars : l'engin devrait atterrir sur la planète en aout 2012 . Les deux sondes Grail sont lancées en septembre et devraient débuter début 2012 mission destinées à acquérir une meilleure connaissance de la structure interne de la Lune. La sonde russe Phobos-Grunt lancée en octobre arrivera en vue de la lune martienne Phobos n'a pas réussi à quitter l'orbite terrestre et devrait être détruite au cours de sa rentrée atmosphérique en .
Le la sonde Stardust, dans le cadre de la mission secondaire NExT (New Exploration of Tempel 1), effectue un survol de la comèteTempel 1 à une distance d'environ 200 km. La sonde doit pour la première fois d'étudier les changements apportés au noyau d'une comète par son passage près du Soleil durant lequel la sonde perd une partie de sa matière. Le la sonde MESSENGER se place en orbite autour Mercure et devient ainsi le premier satellite artificiel de cette planète : la sonde doit effectuer durant un an ses observations qui comprennent notamment la cartographie de la planète, l'étude de la composition du sol et de l'exosphère, la détermination de la structure de son noyau et l'étude de son champ magnétique. Mi-juillet la sonde Dawn, dont la mission est d'explorer la ceinture d'astéroïdes, s'est placée en orbite autour de l'astéroïdeVesta : elle a commencé à mener une campagne d'observations de près d'un an de cet objet de grande taille (560x454 km) avant de quitter son orbite et de se diriger vers la planète naineCérès.
La construction de la station spatiale internationale est achevée en 2011 hormis le module russe Nauka et le Bras télémanipulateur européen ERA qui seront lancés en 2012. Les trois derniers vols de la navette spatiale internationale ont été effectués en 2011 pour ravitailler la station spatiale et apporter des pièces de rechange et des équipements scientifiques : la mission STS-133 qui devait avoir lieu en 2010 mais qui a été retardé par des problèmes sur l'isolant du réservoir central, ar en , en plus du fret, une troisième plateforme de stockage externe de type ExPRESS Logistics Carrier sur lequel doit être transporté plusieurs pièces de rechange, un robot Robonaut 2 destiné à tester le recours à ce type d'assistance dans l'espace ainsi qu'un nouveau module pressurisé destiné à servir de lieu de stockage, le Permanent Multipurpose Module qui est un des modules pressurisés utilisé par la navette pour transporter le fret adapté pour un séjour permanent dans l'espace ; la mission STS-134, lancée le , doit transporter notamment une quatrième plateforme de stockage externe de type Express Logistics Carrier avec plusieurs pièces détachées, le Spectromètre magnétique Alpha, une armoire scientifique de type Freezer et une extension pour le bras robotique de la station spatiale. La dernière mission de la navette spatiale STS-135 du , destinée uniquement à ravitailler une dernière fois la station pour combler en partie le retard pris par la mise au point des cargos spatiaux privés, a été finalement financée in extremis. La relève des équipages de la station spatiale internationale a été entièrement prise en charge par quatre vols de vaisseaux russes Soyouz.
Deux vols de ravitaillement de vaisseau cargo de grande capacité ont été par ailleurs réalisés en 2011 : un vol de l'ATV européen Johannes Kepler lancé le et un vol de l'HTV japonais Kounotori le . Quatre vols de ravitaillement par le cargo russe Progress ont eu lieu mais un a échoué . La première mission de ravitaillement par le vaisseau cargo Dragon dans le cadre du programme COTS a été repoussée en 2012.
Le lancement du satellite Glory le par une fusée Taurus-XL est un échec. Glory fait partie du programme Earth Observing System (EOS) de la NASA. Placé sur une orbite héliosynchrone, il doit permettre de déterminer les caractéristiques des aérosols présents dans l'atmosphère terrestre et de calculer avec précision l'irradiance totale du Soleil. Le radiotélescope spatial russe RadioAstron (ou Spektr-R) a été lancé le et a commencé à effectuer des observations sur 4 longueurs d'onde comprises entre 1,35 et 92 cm en interférométrie en utilisant une antenne de 10 mètres de diamètre. Le satellite franco-indien Megha-Tropiques lancé le , doit étudier les échanges d'énergie thermique entre océans et atmosphère dans la zone tropicale pour mieux comprendre leur incidence sur le climat. Le satellite argentinSAC-D, lancé le , embarque plusieurs instruments pour observer la Terre : le principal instrument Aquarius, développé par la NASA dans le cadre du programme EOS, doit mesurer la salinité des eaux de surface des océans et permettre d'améliorer les modèles de prévision climatique.
Le lanceur Delta 2 et la navette spatiale américaine ont effectué leurs derniers vols en 2011. Le premier tir des lanceurs européen Vega et américain Antares a été repoussé à 2012. Le lanceur russe Soyouz 2 a effectué ses 2 premiers vols depuis le Centre spatial guyanais en inaugurant le nouveau pas de lancement ELS (Ensemble de Lancement Soyouz) construit à Sinnamary, à quelques kilomètres du centre de lancement des fusées Ariane à Kourou. Le dernier vol de qualification du lanceur Falcon 9 et du vaisseau SpaceX Dragon a été repoussé en 2012. Les versions Zenit-3F et Longue Marche 2F/G ont été lancées pour la première fois.
Il y a eu 84 lancements (35 russes ou ex soviétiques, 19 chinois, 18 américains, 5 européens, 3 japonais, 3 indiens et 1 iranien) en 2011 dont 6 ont été des échecs : dans 4 cas la charge utile n'a pas été placée en orbite, dans 2 autres cas l'orbite atteinte n'était pas celle souhaitée. Quatre de ces échecs sont imputables aux lanceurs russes : le lanceur Rokot (orbite trop basse), le lanceur Proton (défaillance troisième étage), le lanceur Soyouz-U (défaillance troisième étage) et le lanceur Soyuz-2-1b/Fregat (défaillance troisième étage). Par ailleurs le lanceur américain Taurus XL a échoué à la suite d'un problème de coiffe tandis que le lanceur chinois Long March 2C a eu une défaillance du moteur-vernier sur le deuxième étage.
Ravitaillement de la station spatiale internationale Échec à la suite d'une extinction prématurée du troisième étage. Le vaisseau Progress s'écrase dans la région de l'Altaï[1]
: Dmitri Kondratiev et Oleg Skripochka installent une antenne radio, lancent un nano satellite, mettent en place deux expériences scientifiques et retirent deux panneaux exposant des matériaux dans le vide d'une troisième expérience (6 hours 23 minutes).
: Stephen Bowen et Alvin Drew démontent une pompe du circuit de refroidissement en panne Removed a failed coolant pump et modifient le montage d'une extension d'un câble d'alimentation électrique (6h34).
: Stephen Bowen et Alvin Drew enlèvent ou réparent des revêtements de protection thermique, déplacent un système de fixation du module Columbus, installent une caméra sur Dextre ainsi qu'un éclairage sur un chariot à fret(6h14).
: Andrew Feustel et Gregory Chamitoff achèvent d'installer un nouvel ensemble d'expériences MISSES, commencent à installer un nouveau système vidéo sans fil, installent une dérivation sur un circuit d'ammoniac, installent un nouvel éclairage sur un chariot CETA sur la poutre S3, ainsi qu'un couvercle sur le ARJ tribord (6h19)
: Andrew Feustel et Michael Fincke fixent un circuite de dérivation de l'amoniac sur le port 6 du PCTCS, lubrifient le SARJ et une des mains de DEXTRE et installent un éclairage sur la poutre S1 (8h7).
: Andrew Feustel et Michael Fincke installent PDGF sauf le câble de transfert de données, mettent en place des câbles d'alimentation électrique entre Unity et Zarya, achèvent l'installation de vidéo sans fil, prennent des photos des moteurs de Zarya et réalisent des vidéos en infrarouges de l'expérience installée sur ELC (6h54).
:Gregory Chamitoff et Mike Fincke installent OBSS sur la poutre S1, démontent EFGF et le remplacent par une pièce de rechange PDGF et dévissent partiellement les boulons qui attachent le bras de rechange de Dextre sur ELC 3. Dernière sortie extravéhiculaire à partir de la navette spatiale américaine (7h24).
: Ronald Garan et Michael Fossum transfèrent une pompe du circuit de refroidissement en panne dans la navette spatiale Atlantis, sortent le système robotique de transfert de carburant de la soute de la navette pour l'installer sur la station, installent une expérience de sciences des matériaux sur la poutre de la station, révisent une attache d'un bras du robot, installent une protection thermique sur le port d'ammarrage inutilisé PMA-3 et fixent un câble sur le module Zarya (6h31).
3 aout : Sergei Volkov et Alexander Samokoutiaïev lancent le satellite Kedr, installent l'expérience BIORISK sur la coque du module Pirs et installent un système de communication laser pour transmettre les données scientifiques collectées par la partie russe de la station spatiale. (6h22).
Delta IV
Zenit 3F
Baïkonour
Elektro-L No.1
H-IIB
Ariane 5 ES
Centre spatial guyanais
Longue Marche 3A
PSLV
Yahsat 1A
New Dawn
ST-2
Telesat-14R
SAC-D
Safir
SES-3
Astra-1N
Arabsat 5C
AMOS-5 (en)
SSOT, 
NigComSat-1R W3C
