Наряду с разработкой и испытаниями специального оборудования, включавшего высотные скафандры, ЛИИ издавна принимал активное участие в физиологических исследованиях. Среди летчиков Анохин, как уже говорилось, был одним из пионеров подобных исследований. Не случайно специалисты по космической медицине опирались на опыт, накопленный в ЛИИ, и активно привлекали Анохина к решению теоретических и практических проблем, проявившихся со всей остротой с первых шагов становления пилотируемой космонавтики.
В ЛИИ традиционно уделялось большое внимание испытаниям не только самолетного, но и космического снаряжения пилотов, в частности, в термобарокамере и на специальных летающих лабораториях. Об этом пионерском и весьма плодотворном направлении в деятельности ЛИИ, начатой еще в недрах ЦАГИ, а также об участии в ней Анохина уже говорилось. Как говорилось и о том, что Сергей Николаевич был активным участником другой важной работы ЛИИ совместно с первыми космонавтами - в исследованиях влияния невесомости на состояние космонавтов и работоспособность систем космического корабля.
Эти систематические исследования в ЛИИ были проведены на специально для того созданной летающей лаборатории на базе самолета Ту-104. Сергей Николаевич одним из первых отрабатывал на этой лаборатории режим невесомости в "горке", продолжавшийся около 25 с. Это позволило осуществить и использовать в дальнейшем автоматизированное управление самолетом на этом режиме. Вместе с Анохиным в этой работе активно участвовали В. Ф. Хапов, П. И. Казьмин, В. М. Пронякин, Г. Н. Захаров, В. П. Васин, В. А. Комаров, Ю.
А. Гарнаев, М. П. Киржаев в качестве пилотов и первая
шестерка космонавтов во главе с Ю. А. Гагариным, а также К. П. Феоктистов, В. В. Аксенов, А. С. Елисеев и исследователи из
ЛИИ - в качестве "потребителей". В дальнейшем ЛИИ участвовал
в создании многоместных кораблей "Восход", в отработке первого выхода космонавта в открытый космос (А. А. Леонов - П. И. Беляев). В своих "Космических дневниках" генерал Н. П. Каманин писал в связи с этим: "22 декабря 1964 г. ... Вчера звонили Кузнецов и Гагарин, оба просили разрешения поехать сегодня в ЛИИ к Строеву. В ЛИИ уже готов для полетов самолет Ту-104, оборудованный для тренировок по выходу космонавтов в открытый космос". Через неделю Беляев, Леонов, Хрунов и Горбатко уже летали в ЛИИ на Ту-104 в рамках этой программы. 9 января 1964 г. Анохин вместе с П. В. Цыбиным,
Е. В. Шабаровым и К. П. Феоктистовым (от ОКБ-1), а также с Каманиным, Гагариным, Титовым, Николаевым (от ВВС) участвовали в совещании в ЛИИ, обсуждавшем ход полетов и тренировок по выходу в открытый космос. 16 апреля 1965 г. Каманин записал: "Беляев
и Леонов выступали вчера в ЛИИ у Н. С. Строева. Коллектив ЛИИ многое сделал по подготовке космонавтов и вполне заслужил большую благодарность от них и руководства ЦПК ВВС".
ЛИИ принял также участие в разработке и испытаниях системы мягкой посадки, в формировании системы аварийного спасения экипажей кораблей "Восход". При создании более совершенных пилотируемых космических кораблей "Союз" перед ЛИИ была поставлена новая задача - обеспечение аварийного спасения экипажа на всем протяжении участка выведения аппарата на орбиту. На кораблях "Восток" и "Восход" - это было невозможно. Особые технические проблемы были связаны с выбором методов и средств спасения экипажа при взрыве ракеты-носителя на старте. В этих условиях "обычное" катапультирование не могло решить проблему из-за малой дальности увода экипажа от места аварии. Исследования ЛИИ и ОКБ-1, начатые в 1961 г., показали, что наиболее перспективно использование специальных пороховых двигателей для увода спускаемого аппарата на необходимое расстояние с последующей его посадкой по штатной системе приземления. Летные исследования в ЛИИ, выполненные через два - три года на специальном макете и прототипе предложенной системы спасения, показали правильность выбранного направления. Подобная система (с активным уводом спускаемого аппарата) стала штатной не только на старте, но также на всем атмосферном участке вывода, где возможны разрушение и взрыв ракеты-носителя. На участке вне атмосферы было предусмотрено отделение спускаемого аппарата без применения пороховых двигателей.
ЛИИ принял активное участие в разработке парашютно-реактивной системы приземления корабля "Союз". Эта работа, начатая совместно с ОКБ-1 и рядом организаций авиационной промышленности в 1961 г., была продолжена в успешных летных испытаниях прототипа этой системы в ЛИИ, проведенных в 1962 г. на макете спускаемого аппарата. ЛИИ предложил также принятую в дальнейшем запасную систему спасения. В ней отказались от тормозного порохового двигателя и ограничились использованием специального парашюта и системы амортизации кресел экипажа. Эти разработки легли в основу первой в космической технике парашютно-реактивной системы приземления и спасения экипажа.