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隨著載人航天事業的蓬勃發展，人類對宇宙深空的探索，如登月計劃、火星探索也將在不久的將來實現。載人飛船在宇宙深空飛行過程中，脫離地磁場的保護，其輻射環境變的複雜。根據來源的不同，宇宙空間輻射可分為三種類型：銀河宇宙射線（galactic cosmic rays，GCR）、太陽高能粒子（solar energetic particles，SEP）和來自太空飛行器所降落星體的輻射。
1. 銀河宇宙射線(GCR)
GCR是來自太陽系之外的帶電粒子流，粒子的能量範圍從幾十eV到1012 MeV，構成GCR的粒子包括元素周期表上從原子序數是1的氫到28的鎳，大於鎳的重離子在GCR中也有出現，但出現的機率很小。構成GCR的粒子中氫離子（也叫質子）約佔85%、氦離子約佔14%和高能重離子（電荷數大於3）約佔1%。重離子在GCR中雖然通量較低，但通常具有較高的能量和傳能線密度（linear energy transfer，LET），難以屏蔽。當GCR重離子穿過飛船的艙壁時，和構成艙壁的材料發生碰撞，發生相互作用，會分裂成許多原子量較小的粒子，這一過程改變了進入艙內射線譜的構成，使獨特的宇宙輻射環境更加複雜。GCR具有各向同性的特點，同時也受太陽活動周期以及星球磁場調製的影響。
航天員在宇宙空間航天飛行過程中，每隔幾天將會受到質子或δ射線的輻射，每隔幾個月將會受到重離子輻射（如O，Si，Fe）的輻射。重離子擊中人體後，能夠使人體產生大量的自由基，導致細胞結構的氧化損傷。長期暴露於這種氧化應激中，會導致與輻射有關的過早衰老、心血管疾病、白內障和癌症的發生。另外，當GCR重離子碰撞艙壁材料所產生的次級離子比初級離子擁有更高引起生物損傷的潛能。
2. 太陽高能粒子（SEP）
SEP是太陽表面受磁場擾動時釋放出的大量高能粒子，能範圍從10 MeV到幾GeV，很難提前預測。由於質子佔了總粒子數的90%以上，因此也把這種太陽大量拋射高能粒子事件稱為太陽質子事件（solar proton event，SPE）。SPE的發生具有一定的隨機性，但其發生頻率和強度與太陽黑子活動（sun spot activity）周期有關，在太陽活動強的年份發生的可能性較大。雖然多數情況下SPE表現出適中的能量分布，但偶爾也會發生高通量事件，例如，在1989年10月發生的一次特大SPE，預測會給在星際之間飛行的航天員造成輻射劑量率高達1454Gy/小時的輻射，而在國際空間站上的航天員，所受到的背景輻射劑量率僅為0.282Gy/天。
高能量SPE事件產生能量≥100MeV的質子，能夠穿透常規飛船的屏蔽，到達航天員的造血器官，對造血器官造成傷害，這種高能SPE暴露會導致航天員出現嚴重的症狀，如噁心、嘔吐、疲勞、虛弱，甚至死亡，另外，大劑量的SPE可導致癌症、呼吸和消化系統疾病、微血管損傷，而這些效應大多會有潛伏期，不會造成航天員馬上面臨危險，但是長期航天飛行航天員應重點考慮的問題。由於艙外航天服提供的屏蔽保護作用相對較低，航天員艙外活動時，SPE暴露會給航天員帶來更大的危險。
3. 來自太空飛行器所降落星體的輻射
當航天員在星體表面活動時，除了受到GCR和SEP輻射外，星體吸收宇宙輻射後所發生的次級輻射成為影響航天員健康的另一個不可忽視的輻射來源。對於表面無大氣的星體，其星體表面輻射主要與星體的位置、大小、形貌和表面化學組分等有關;對於表面有大氣的星體，其星體表面輻射主要與大氣的特性，如密度、溫度，以及高度和表面地貌等有關。
總之，人類在探索深空宇宙過程中所遭遇輻射環境複雜，另外，由於目前飛船發射動力的限制，飛船的屏蔽材料重量、厚度受到限制，目前載人航天使用的飛船很難屏蔽來自宇宙的輻射。到目前為止，還沒有哪項研究已經真實成功地模擬複雜的艙內輻射構成，以及航天員在飛行過程中的實際暴露環境，這些都限制了對輻射環境對人體真實效應的深入研究。