在载人航天器上，环境控制与生命保障系统的各项性能指标直接关系到航天员的生命安全及航天任务能否顺利完成。它不仅要为航天员提供一个适合生存的大气环境条件，还提供食物和水等人类生存所必需的基本生活物资，因此，它也被称为航天员的“生命之舟”。
恶劣的太空环境根本就不具备人类生存所必需的条件，因此，人要在太空中生存就必须拥有一个与地球生存条件类似的环境。在航天系统中，这个创造和保障航天员基本生存条件的工程系统就被称为“环境控制与生命保障系统”，简称环控生保系统。
随着载人航天事业的发展，环控生保系统已从早期的完全补给方式过渡到具有一定再生能力的方式。可以说，载人航天技术经历了多少次飞跃，环控生保技术就实现了多少次飞跃。
载人飞船／登月舱／航天飞机环控生保系统
载人飞船／登月舱／航天飞机的环控生保系统又被称为非再生式或者开环生保系统。在这种系统中，航天员在太空中生活所需要的食物、氧气和水都由飞船或航天飞机带进太空，而航天员在太空产生的废弃物、生活污水和排泄物等经过消毒干燥处理后要随飞船或航天飞机一同回到地面。它的最典型代表就是我国自行研制的“神舟”号系列载人飞船。
因为“神舟”五号载人飞船的飞行时间不到一天，所以飞船上的环控生保系统负担较小。在“神舟”六号飞船上，我们就能更直观地认识这一特殊系统。航天员所吃食物的品种比较多，某些冷冻食物在食用之前必须要经过加热；饮用水通过专门的饮水箱和饮水器供给；排泄的尿液和粪便分别通过尿液和粪便收集器进行收集，回到地面后再接受各种相关的分析与处理；呼吸用的高压氧瓶由1个增加到了4个；而航天员呼出的二氧化碳、排放的异味及舱内其他设备释放的微量挥发性有机污染物，就要通过容量和吸附能力相应增大的氢氧化锂过滤器和碳分子筛过滤器进行清除……
空间站环控生保系统
1986年前苏联的“和平号”空间站升空，到2001年退役为止，它一共在太空运行了15年，空间站上常驻的乘员为2～3名。现在，国际空间站的组装工作也已经完成过半，为了完成组建工作，航天员必须长期生活在空间站里。
由于在太空中运行的时间很长，普通的环控生保系统是不能满足空间站的需要。首先，空间站乘员对氧气和水的需求量很大（氧气约1.0千克／人／天，水约20.0千克／人／天），如果光靠地面运输补给，那航天飞机就得三天两头给空间站送氧气和水。2005年7月，美国“发现”号航天飞机给国际空间站送去了13吨物资，运送1000克物资需要花费10 000美元，这样算起来总体费用就为1.3亿美元。如此昂贵的费用恐怕不是一国经济所能长期承受的。所以，空间站上建立的是物理化学再生式生保系统或者半闭环生保系统，即氧气和水在空间站上进行再生，而食物仍从地面上进行定期补给。(见图1)
氧气供应：通过水电解制氧技术实现。水通过固态聚合物电解分解为氧气和氢气，氧气供给航天员呼吸用，氢气则排放到太空中。目前，专家正考虑利用氢气与二氧化碳反应生成水和甲烷，前者作为电解制氧的补充水，后者排放到空间中或者用作推进剂以维持空间站的运行。当然，空间站也必须同时装备有高压氧瓶以备紧急之用。
纯水供应：不同来源的污水处理方式不同，处理后的用途也不一样。尿液一般通过热电集成膜蒸发系统进行蒸馏过滤，收集液一般用作电解水源而不直接饮用（其实处理后的水质已经达到饮用水标准，这样做主要是考虑人的心理因素）；卫生水通过多层过滤等物理技术使之净化为日常生活用水，如用作洗澡、洗脸等；生活污水和舱内冷凝水通过超滤和催化氧化等物理技术处理和消毒后作为饮用水和漱口水。在空间站，氧气和水的再生率可以达到95％，剩余的5％仍然需要通过运输飞船或航天飞机进行定期或不定期补给。
食物供应：航天员的食物都是通过运输飞船或航天飞机从地面进行定期补给。他们吃的食物主要是包装好的主食、肉类和冻干蔬菜等。目前，美、俄、欧、日均在空间站建立了各种类型的空间温室，并成功地进行了多种植物的栽培试验。不久，航天员们就能吃上自己亲手种植的新鲜蔬菜。
废物管理：航天员排泄的粪便、使用过的卫生纸和包装纸等废弃物均要经过消毒、干燥和固化处理，打包后存放在储藏间，然后由运输飞船或航天飞机运回地面。如果搅拌式生物反应器技术试验成功，这些废弃物就可以利用微生物进行生物可降解废物处理。
月球/火星基地环控生保系统
长期以来，人类一直梦想着重返月球、建立永久性月球基地和载人火星飞行。这些梦想能否实现，环控生保系统仍然是一个非常重要的因素。美、俄等航天大国都建立了各种用于地面模拟的受控生态生保系统（即生物再生式生保系统，俗称太空农场），并进行了大量的试验研究。他们希望这个计划能生产食物、氧气和水等全部最基本的生保物资，实现系统内物质的自给自足，为建立永久性的星球基地提供重要的前提条件。
受控生态生保系统是人工建成的密闭生态系统，其中包括粮食、蔬菜等高等植物，螺旋藻和小球藻等微藻以及微生物等若干关键的生物部件。这些高等植物和微藻的光合作用、蒸腾作用可以为航天员提供食物、氧气和水等最基本的生保物资，而微生物的降解作用能将生物可降解废物转化为植物、微藻或人可以直接利用的物质，从而实现系统内物质的闭合循环和生保物资的持续再生。（见图2）
美国NASA约翰逊航天中心正在主持建立载人综合再生式生保系统，这主要是将生物再生式生保系统和物化再生式生保系统结合起来。目前，他们已经建成了月球、火星生物再生式生保技术整合实验装置。氧气和水的再生率可以达到100%，而食物再生率也可达到25%以上。除此之外，微生物反应器的降解作用可以使生物可降解废物循环率达到80%。其中栽培的11.2平方米的小麦平均能够产生1.1个人所需的氧气，4个人所需的纯净水和1个人所需的食物（小麦制成面包）。
NASA约翰逊航天中心主持建立的还有生物再生式星球生保系统综合实验系统，它总共有7个舱段，包括生物量生产舱2个，生保系统舱、居住舱、实验室舱、火星飞行舱和气闸舱各1个。其中，生物量生产舱的栽培面积达180平方米。系统建成后，科学家将进行由4~8人参与的物质密闭循环试验，时间长达2~3年。之后，他们会在国际空间站上增加一个舱进行实验。一旦实验成功，它就会成为载人火星飞行的环控生保系统。(见图3)
俄罗斯科学院西伯利亚分院生物物理所已经在地下建成宇宙载人飞行生保技术地面模拟装置（BIOS-3）。里面种植了小麦、蔬菜和油料作物等15种植物，栽培面积达到135平方米。这个模拟装置以氙灯为照明光源，人的尿液和粪便直接进入栽培营养液系统，而固体废物基本通过焚烧进行降解处理。这样，氧气和水的再生率能够达到100％，食物再生率也可以达到80％。目前，他们成立了受控生态生保系统国际研究中心，并将建成新一代宇宙载人飞行生保技术地面模拟系统(BIOS-4)。
中国航天员科研训练中心也建立了受控生态生保技术综合实验系统（CESCELST），并进行了受控生态生保系统中多种候选高等植物的筛选与培育。植物不可食生物量可以通过生物反应器进行处理，然后作为营养液重新返回系统进行植物栽培。（见图4）
因为月球和火星的大气极其稀薄，大气压还不及地球的百分之一，所以如果能在接近真空的环境下栽培植物，上述系统的建设和操作就会变得容易起来。世界上的主要航天大国目前都在开展这方面的工作，并且证明了小麦在地球1/10大气条件下基本能够正常生长，紧接着，下一步的目标就将是在地球1/16大气条件下进行植物栽培试验的研究。
