Un sistema de soporte vital en una nave espacial involucra tecnologías diseñadas para simular las condiciones de vida en la Tierra. Esto incluye los sistemas necesarios para la supervivencia humana básica, como una presión atmosférica adecuada, el blindaje contra la radiación necesario para la amenaza a la salud de los rayos cósmicos y la gravedad artificial para minimizar la pérdida de densidad ósea y la atrofia de los músculos en misiones espaciales largas. Otros elementos esenciales de un sistema de soporte vital incluyen la capacidad de reciclar el aire y el agua, manteniendo el calor y la humedad óptimos para la comodidad humana, y los sistemas de almacenamiento de alimentos y eliminación de desechos.
El Sistema de Control Ambiental y Soporte de Vida (ECLSS) en la Estación Espacial Internacional (ISS) proporciona un buen modelo de un sistema de soporte de vida que deberá adaptarse para cualquier viaje largo de naves espaciales tripuladas en el futuro cercano, como un viaje humano a Marte. El ECLSS cumple principalmente la función de purificar el aire a bordo de la ISS de partículas, microorganismos y gases no deseados como el CO2 exhalado y los compuestos orgánicos volátiles emitidos por el equipo o la carga. El sistema también mantiene una presión atmosférica y un nivel de vapor de agua adecuados, lo que facilita una temperatura y presión uniformes en toda la estación. El ECLSS también purifica el agua, junto con su capacidad de proporcionar oxígeno fresco para respirar.
Si bien el sistema de soporte vital que utiliza el ECLSS es confiable y duradero, no es completamente autónomo. La mayor parte del agua de la estación se recicla y se reutiliza en numerosas ocasiones, incluso como fuente para la generación de oxígeno, pero la estación, no obstante, debe recibir agua periódicamente. Esto se debe en parte al hecho de que el agua se descompone para crear oxígeno, y el hidrógeno creado en el proceso de electrólisis para hacer esto se ventila al espacio. Se están realizando investigaciones para desarrollar un conjunto de reducción de dióxido de carbono (CReA) que reaccionará el hidrógeno de desecho con el CO2 exhalado por la tripulación para generar agua dulce y combustible de metano.
Los viajes de larga duración al espacio profundo que podrían llevar meses o años requerirán un sistema ecológico cerrado que sea completamente autosuficiente. Uno de los componentes principales para esto será una forma de fuente de energía que sea más duradera que las unidades del Módulo de fuente de alimentación (PSM) que utiliza la ISS para descomponer el agua y purificarla, así como para proporcionar calor, luz y electricidad a la estación. Tampoco será posible transportar toda el agua y el aire necesarios para dichos viajes desde el inicio, y se necesitarán equipos regenerativos para fabricar agua y aire limpios en ruta.
Uno de los enfoques para establecer un sistema de soporte vital primario viable para suministrar alimentos, aire y agua ha sido a través de los proyectos Biosfera y Marte en la Tierra (MoE) patrocinados por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de EE. UU. Intentan simular las condiciones de vida en un entorno totalmente aislado del reabastecimiento exterior. Un sistema de soporte vital basado en plantas eficiente creado a partir de esta investigación podría purificar el aire y el agua, además de ser una fuente de alimento. La NASA considera que seis elementos cruciales de soporte vital deben abordarse en su Proyecto de soporte vital avanzado (ALS). Estos incluyen tratar con los conceptos básicos de alimentos, agua y aire limpios, y con la logística de los problemas de biomasa, térmica y de desechos.
Los efectos a largo plazo de los vuelos espaciales tripulados también pueden ser perjudiciales debido a la radiación, la ingravidez y el aislamiento psicológico de la tripulación. El blindaje a bordo del barco puede proteger a la tripulación de parte de la radiación en el espacio. La rotación de una nave espacial sobre su eje central mientras se mueve hacia su destino también puede generar un nivel de gravedad simulado a lo largo de su casco exterior, debido a los efectos de la aceleración centrípeta.
Los cosmonautas rusos tienen la experiencia más amplia en el aislamiento a bordo de las estaciones espaciales que orbitan la Tierra. En 2002, llevaron a cabo un experimento llamado Simulación del Vuelo de la Tripulación Internacional en la Estación Espacial (SFINCSS) donde los voluntarios se turnaron para vivir durante ocho meses en un espacio confinado. El historial de misiones de larga duración en la estación espacial rusa Mir también se considera como datos médicos y psicológicos muy valiosos. Puede resultar crucial para prepararse para los efectos que cualquier tripulación puede encontrar en una misión de un año y medio al planeta Marte.