Ein Lebenserhaltungssystem auf einem Raumfahrzeug umfasst Technologien, die die Lebensbedingungen auf der Erde simulieren sollen. Dazu gehören Systeme, die für das grundlegende menschliche Überleben notwendig sind, wie ein angemessener Luftdruck, Strahlenschutz, der für die Gesundheitsgefahr durch kosmische Strahlung erforderlich ist, und künstliche Schwerkraft, um den Verlust der Knochendichte und den Muskelschwund bei langen Weltraummissionen zu minimieren. Andere wesentliche Elemente eines Lebenserhaltungssystems sind die Fähigkeit, Luft und Wasser zu recyceln, optimale Wärme und Feuchtigkeit für den menschlichen Komfort aufrechtzuerhalten sowie Lebensmittellagerungs- und Abfallentsorgungssysteme.
Das Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssystem (ECLSS) auf der Internationalen Raumstation (ISS) bietet ein gutes Modell eines Lebenserhaltungssystems, das für alle langen Reisen mit bemannten Raumfahrzeugen der nahen Zukunft angepasst werden muss, wie z Mars. Das ECLSS dient in erster Linie der Reinigung der Luft an Bord der ISS von Partikeln, Mikroorganismen und unerwünschten Gasen wie ausgeatmetem CO2 und flüchtigen organischen Verbindungen, die von Ausrüstung oder Fracht emittiert werden. Das System hält auch den richtigen atmosphärischen Druck und das richtige Wasserdampfniveau aufrecht, was eine gleichmäßige Temperatur und einen gleichmäßigen Druck in der gesamten Station ermöglicht. Auch Wasser wird durch das ECLSS gereinigt, zusammen mit seiner Fähigkeit, frischen Sauerstoff zum Atmen bereitzustellen.
Obwohl das vom ECLSS verwendete Lebenserhaltungssystem zuverlässig und langlebig ist, ist es nicht vollständig in sich geschlossen. Das meiste Wasser auf der Station wird recycelt und mehrmals wiederverwendet, unter anderem als Quelle für die Sauerstofferzeugung, aber die Station muss dennoch regelmäßig mit Wasser versorgt werden. Dies liegt unter anderem daran, dass Wasser zu Sauerstoff zerlegt wird und der dabei bei der Elektrolyse entstehende Wasserstoff ins All abgelassen wird. Es wird an der Entwicklung einer Kohlendioxid-Reduktionsanlage (CReA) geforscht, die Abfallwasserstoff mit von der Besatzung ausgeatmetem CO2 reagieren lässt, um Frischwasser und Methantreibstoff zu erzeugen.
Langfristige Reisen in den Weltraum, die Monate bis Jahre dauern können, erfordern ein geschlossenes Ökosystem, das vollständig autark ist. Eine der Hauptkomponenten dafür wird eine Form von Energiequelle sein, die langlebiger ist als die Power Supply Module (PSM)-Einheiten, die die ISS verwendet, um Wasser aufzuspalten und zu reinigen sowie Wärme, Licht und Strom zu liefern der Bahnhof. Auch wird es nicht möglich sein, alle für solche Reisen notwendigen Wasser- und Luftmengen von vornherein mitzunehmen, und es werden regenerative Geräte benötigt, um unterwegs sauberes Wasser und Luft herzustellen.
Einer der Ansätze zum Aufbau eines funktionsfähigen primären Lebenserhaltungssystems zur Versorgung mit Nahrung, Luft und Wasser waren die Projekte Biosphere and Mars on Earth (MoE), die von der US-amerikanischen National Aeronautics and Space Administration (NASA) gesponsert werden. Sie versuchen, Lebensbedingungen in einer Umgebung zu simulieren, die völlig von der externen Versorgung isoliert ist. Ein effizientes pflanzliches Lebenserhaltungssystem, das aus dieser Forschung hervorgegangen ist, könnte die Luft und das Wasser reinigen sowie eine Nahrungsquelle sein. Die NASA sieht in ihrem Advanced Life Support Project (ALS) sechs entscheidende lebenserhaltende Elemente, die angegangen werden müssen. Dazu gehören der Umgang mit den Grundlagen für saubere Nahrung, Wasser und Luft sowie die Logistik von Biomasse-, Wärme- und Abfallthemen.
Die langfristigen Auswirkungen der bemannten Raumfahrt können auch durch Strahlung, Schwerelosigkeit und psychische Isolation der Besatzung schädlich sein. Abschirmungen an Bord des Schiffes können die Besatzung vor einem Teil der Strahlung im Weltraum schützen. Das Drehen eines Raumfahrzeugs um seine Mittelachse, während es sich auf sein Ziel zubewegt, kann aufgrund der Auswirkungen der Zentripetalbeschleunigung auch eine simulierte Schwerkraft entlang seiner Außenhülle erzeugen.
Russische Kosmonauten haben die umfangreichste Erfahrung mit der Isolierung an Bord von Raumstationen, die die Erde umkreisen. Im Jahr 2002 führten sie ein Experiment namens „Simulation of the Flight of International Crew on the Space Station“ (SFNCSS) durch, bei dem Freiwillige acht Monate lang auf engstem Raum lebten. Als sehr wertvolle medizinische und psychologische Daten gelten auch die langjährigen Missionen auf der russischen Raumstation Mir. Dies kann sich als entscheidend erweisen, um sich auf die Auswirkungen vorzubereiten, denen jede Besatzung auf einer anderthalbjährigen Mission zum Planeten Mars ausgesetzt sein könnte.