2026, Vol. 46
2. 中国民用航空局民用航空医学中心(民航总医院)民航公共卫生应急管理办公室，北京 100123;
3. 中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 中国疾病预防控制中心辐射防护与核应急重点实验室，北京 100088;
4. 中国民航大学科技创新研究院，天津 300300
2. Public Health Emergency Management Office, Civil Aviation Medicine Center, Civil Aviation Administration of China (Civil Aviation Hospital), Beijing 100123, China;
3. China CDC Key Laboratory of Radiological Protection and Nuclear Emergency, National Institute of Radiological Protection, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China;
4. Institute of Innovation and Technology, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China
航空人员职业暴露于高空宇宙辐射的风险日益成为公共卫生关注的焦点。民航客机的巡航高度为8~12 km，在此高度次级宇宙射线是航空活动中受到照射的主要来源。航空辐射剂量主要受到巡航高度、飞行时间、太阳活动和地球磁场四个方面的影响。航空人员在飞行过程中的宇宙辐射水平虽未超出标准限值，但长期低剂量累积效应可能导致健康风险[1-3]。
目前，航空人员执勤期间宇宙辐射的监测、评估、预警、干预等防护目前仍面临辐射监测自动化及生物效应指标的精准度和标准化问题。各国学者通过研究和实践积累经验，相互借鉴并优化管理方案，尤其通过有效的自动化监测技术和精准的接触-剂量评估技术研究，为国际职业健康防护政策的制定和实施提供参考[4-6]。航空宇宙辐射防护重点应采用有效的防护策略和政策，从精准辐射防护措施入手，整合国际先进经验，深入研发智慧化多模态的人机环境融合监测新技术，该新技术的应用及辐射暴露的实时监测为进一步优化防护措施提供了技术支撑[7]。
本文系统梳理和总结航空人员宇宙辐射健康防护现状和最新研究进展，提出建议及未来研究的潜在方向。以上研究方向对于提升航空人员职业健康安全管理水平具有重要的实践应用价值[8-9]，从而提升航空卫生保障技术水平。
一、航空人员宇宙辐射的研究背景1.辐射剂量的影响因素：航空人员暴露的辐射主要来源于宇宙辐射，也称为航空辐射，可分为银河宇宙射线和太阳高能粒子[10]。银河宇宙射线常年存在，而太阳高能粒子则与太阳活动密切相关，可能引发额外的辐射剂量波动。由于航空器通常飞行于海拔10 000 m以上的高空，大气层的屏蔽作用减弱，导致航空人员可能受到更高的辐射量[11]。由于银河宇宙射线随太阳活动周期性变化，其辐射强度和成分也随之变化，从而导致同一航线不同期间的辐射水平也可能存在不同。此外，飞行的高度以及飞行路径等都会影响辐射剂量，使得航空人员暴露在复杂辐射环境中[1, 12]。另外，航空人员辐射还存在可能因核事故引发的额外辐射暴露，导致航空人员更多的健康风险，例如日本福岛核电站泄漏可能对相关航线造成高空核辐射暴露风险。
2.全球研究概况与趋势：航空辐射的研究已成为一项全球范围重要的课题。早期的研究主要集中于通过辐射剂量测量和评估，确定机组人员在飞行期间的暴露情况，从而制定了空勤人员宇宙辐射控制标准。欧盟通过欧洲辐射防护剂量学组(EURADOS)等组织推动跨国协作，建立了覆盖主要航线的辐射数据库，为制定统一的欧盟辐射防护标准提供了科学依据。美国则依托美国国家航空航天局(NASA)和美国联邦航空局(FAA)相关项目，不仅关注商业航空人员，还对太空飞行等高辐射环境下的暴露风险进行前瞻性研究，其研究成果在剂量限值制定和防护技术优化方面具有全球影响力。亚洲地区，日本、韩国等国家也积极跟进，结合本国航线特点和机型结构，开展了针对性的监测与健康效应调查，如日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)在太阳质子事件预警及其对航线辐射影响方面的研究颇具特色；我国也开展了相关航线的辐射监测研究，从而在民航运营中减少辐射对人员的潜在影响[2, 13]。
随着科技的发展，研究逐步深入，对辐射源的细化识别、辐射时空分布特征的系统分析以及辐射生物效应的探讨等成为热点领域[4, 10]，并拓展到关注低剂量率、长期辐射暴露对基因组不稳定性、表观遗传调控以及氧化应激-抗氧化系统平衡的影响，试图阐明辐射致癌、致畸等健康风险的潜在分子靶点，为开发针对性的防护药物和生物标志物奠定基础。近年来，人工智能等新技术的引入极大提升了辐射监测和计算的精确度，对航班进行辐射实时在线监测等技术已成为全球研究趋势。其中，结合地磁活动的多元化模拟技术已被广泛用于评估高空飞行辐射风险，并对特定航线进行个性化监测，从而提高航空安全和机组人员的健康保护水平[5, 14]。人工智能(AI)算法，特别是机器学习和深度学习模型，被广泛应用于辐射剂量预测、异常辐射事件预警以及复杂航线的辐射风险评估中，通过对历史数据和实时参数的学习，模型能够自适应调整，提高预测的准确性和时效性。例如，利用AI技术对太阳活动、地磁指数、航线参数等多源数据进行融合分析，可以更精准地预测短期和长期的辐射水平变化，为航班调度和机组排班优化提供决策支持。同时，可穿戴式个人剂量监测设备的小型化、低功耗和高精度发展，也使得对个体暴露剂量的实时追踪和精细化管理成为现实，进一步推动了从群体防护向个体防护的转变。这些全球研究的进展与趋势，共同推动着航空人员宇宙辐射职业防护体系向更科学、更智能、更精准的方向发展。
二、航空辐射对健康的影响1.职业暴露风险：在航空作业中，航空人员持续暴露于宇宙辐射已成为职业防护关注的重要因素之一。根据银河系宇宙射线(GCR)、太阳宇宙射线和放射性物质的暴露量估算，商业航班机组人员是全球职业暴露风险最高的群体之一(美国飞行员/空乘人员年均辐射量最高可达5 mSv)[15]，这也是美国联邦航空局持续改进升级辐射监测软件的原因之一，其中CARI-7软件自21世纪初开始逐步推广应用，其核心目的在于为航空运营者、监管机构以及研究人员提供一个更为精准和便捷的工具，用于估算机组人员和频繁飞行乘客在特定航线、特定时间段内所受到的宇宙辐射有效剂量。例如，在高纬度地区(如极地航线)或太阳活动高峰期，CARI-7软件能够更敏锐地捕捉到辐射剂量的增加，从而帮助相关方更科学地评估机组人员的累积暴露风险，为制定合理的排班制度、实施有效的个人剂量监测计划以及制定针对性的防护措施，提供了重要的量化依据。
2.机组人员的健康影响：宇宙辐射的潜在健康影响包括恶性肿瘤的发病率增加[16]，如皮肤黑色素瘤和女性乳腺癌的患病风险上升。一项对德国民航飞行员和地面人员的对照研究表明，前者黑色素瘤发病率相较于后者有所升高，但发病率升高与辐射的直接病因学关系需进一步研究证实[8]。国际癌症研究机构(IARC)汇总分析显示，女性空乘人员乳腺癌标准化发病率比(SIR)为1.51(95%CI 1.32~1.72)，男性飞行员黑色素瘤SIR达2.25(95%CI 1.80~2.78)[17]。尽管混杂因素(如昼夜节律紊乱、紫外线暴露)难以完全排除，但剂量-反应关系分析提示宇宙辐射暴露与某些实体瘤存在独立关联。例如，累积有效剂量每增加1 mSv，前列腺癌风险增加约3%(HR=1.03, 95%CI 1.01~1.05)[18]。综合现有证据，尽管个体年剂量通常低于职业限值(20 mSv/年)，但长期累积暴露仍构成潜在健康威胁。
三、航空辐射的监测与评估方法1.监测技术的现状：辐射监测作为保障航空人员健康防护的关键环节，当前的监测技术主要包括个人剂量计、机载监测系统以及全球监测网络。诸如热释光剂量计和电子个人剂量计等个人剂量计，通常由机组人员佩戴，用于实时记录辐射暴露情况。机载监测系统将飞行路径数据与模拟计算相结合，以估算航班过程中可能遭受的辐射剂量。不同国家和地区均研发了适用于航空辐射剂量估算的软件程序，例如美国联邦航空管理局的CARI、欧盟的EPCARD、法国的SIEVERT、加拿大空军的PCAIRE，以及德国的FDOScalc等。其中，应用最为广泛的是CARI-7A，该软件依托MCNPX2.7.0预计算的银河宇宙射线大气簇射数据库，对氢至铁元素的辐射输运过程进行模拟，并采用叠加近似法计算个体在飞机上所接收的银河宇宙射线的有效剂量。在商业航空(8~12 km)及公务航空(12~18 km)高度区间内，其计算结果与核输运模型的偏差＜10%。然而，此类软件的局限性在于需依赖准确的输入数据和模型假设，其在极端太阳活动条件下的性能仍有待验证[19]。
此外，全球辐射监测网络，如依托国际空间站、高空探测气球等设备构建的观测体系，为宇宙辐射环境提供了背景数据。该数据有助于剖析航线不同地理位置以及空间气候变化对辐射产生的影响，为评估特定航班的辐射风险提供了关键依据。同时，实时性与个性化服务的技术应用仍是未来发展的一个研究方向[20-21]。
2.辐射剂量评估的标准与挑战：国际放射防护委员会(ICRP)及其他国际组织为航空业辐射防护提供了指导性建议与推荐剂量限值。ICRP建议航空人员的年有效剂量限值设定为20 mSv。
辐射剂量评估所面临的挑战主要源于辐射源成分的多样性，如银河宇宙射线与太阳宇宙射线的动态变化。此类变化需借助合理的物理模型进行量化分析。其次，具有高度不确定性的太阳粒子事件(SPE)可能导致高短时辐射暴露情况的出现，这就要求构建实时监测与快速响应机制，以避免辐射剂量超过安全阈值，从而对人体健康产生不利影响。此外，不同航空航线类型所引发的剂量差异(极低航线一般高于赤道及中短程航线)，也限制了剂量评估的普适性，需要制定更为精准的定制化方案[2]。
在实际操作过程中，各国在辐射剂量评估的标准化、数据共享以及风险解读与管理等方面存在差异，这对国际合作和全球化风险管理造成了一定阻碍。因此，迫切需要建立统一的辐射评估标准与规则[22]。
3.辐射监测新技术的应用：随着技术的不断迭代，基于物联网与大数据分析的新兴技术正逐步应用于航空辐射监测领域。如配备了传感器的无人机物联网设备，已被用于快速采集更大空间范围的辐射数据。新设备能够实时、动态地调整自身位置，获取不同高度层及环境条件下的数据，从而增强了应对特殊空间天气事件的能力，尤其在太阳风暴高发周期更能发挥作用[20]。此外，结合大数据分析平台、云计算以及人工智能算法，通过构建多层感知器(MLP)的深度神经网络(DNN)模型等方式[23]，进一步提高宇宙辐射量计算的准确性和效率，处理和解析大量飞行与辐射相关数据，以挖掘深层次的关联体系。通过对历史数据进行回顾性分析，能够提出针对不同航线、时间和条件的最优辐射防护策略。该技术优化基于模型和数据驱动，不仅增强了对异常事件的预见能力，也提高了安全预警系统的精确性[5]。
未来，可进一步探索量子传感技术、低能耗高精度辐射检测芯片等前沿技术的应用。此类前沿技术在较大程度上有望突破现有辐射监测的传统技术，进而推动具前瞻性的风险管理策略的制定。前沿技术对于提升全球航空安全水平、实现更高效的航班运营将产生积极效应[24]。
四、辐射防护干预措施与政策1.当前国际和国内外政策概况：航空辐射防护政策的制定，目的在于降低航空从业人员以及乘客面临的健康风险。在国际层面，国际原子能机构(IAEA)和ICRP等组织起到了主导性作用。ICRP为航空人员提供了航空人员宇宙辐射防护指南(ICRP 132报告)作为指导性文献，该文献主要聚焦于宇宙辐射防护，建议采用分级保护策略，以确保个人辐射剂量维持在合理范围之内[25]。此外，欧洲和北美国家依据这些国际组织所制定的标准，制定了本国的航空辐射防护政策。欧洲航空安全局(EASA)与美国联邦航空管理局(FAA)分别针对操作规程、安全培训以及剂量监测给出了详尽的规定。在国内，针对航空辐射的防护政策随着航空业的发展逐步完善。原卫生部门制定了适用于国内航空人员的辐射防护指南。相关政策主要涵盖例行剂量监测、安全操作规程以及职业健康检查等方面，旨在从法律、技术和管理层面均衡实施辐射防护举措[26-27]。
辐射防护重要工作之一是定期开展航空人员健康检查和健康宣教[28]。美国在辐射防护工作中，更注重个性化健康风险评估与应急响应机制的构建。美国联邦航空局制定的辐射响应方案，旨在支持机组人员在太阳粒子事件等突发情形下迅速采取应急防护行动，从而最大程度降低健康风险[25, 29]。以亚洲地区的日本为例，该国在核事故发生后强化了辐射防护措施。日本自福岛事故之后，增强了辐射监测力度并提高数据透明度，通过加强政府与企业间的合作，在有效减少过高剂量暴露方面已取得显著成效。我国航空人员宇宙辐射法规政策方面可参考国际成熟经验，制定专门针对航空人员宇宙辐射防护的法规文件，明确各相关主体职责与义务，细化剂量监测、健康管理、培训教育等具体要求。例如，针对我国日益增多的极地航线和高原航线，可在法规中明确要求对高辐射风险航线进行专项评估和剂量监测，并制定相应的风险管控措施。
2.辐射防护措施：依据ICRP、美国联邦FAA以及欧盟/欧洲航空安全组织的最新指南，总结了航空辐射职业防护措施或干预技术，见表 1。常用的职业剂量限值标准为：年平均有效剂量≤ 20 mSv，单年最高剂量≤ 50 mSv；针对孕妇的特殊剂量限值为全年≤ 1 mSv(单月≤ 0.5 mSv)。同时，宇宙辐射职业防护方案需结合航空公司的运营特性、航线网络布局以及机组成员的个体健康状况，遵循“合理可行尽量低(ALARA)”原则。其中，有关优化排班措施及关键技术见表 2。
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表 1 航空辐射职业防护措施 Table 1 Occupational protection measures for cosmic radiation at aiaviation altitude |
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表 2 航空辐射防护优化排班措施及关键技术支持 Table 2 Optimized shift schedul measures and key technical support for radiation protection at aviation altitude |
3.辐射防护的创新发展：科研创新是推动航空辐射防护水平提升的关键动力之一。近年来，随着技术的不断发展，一方面，监测手段持续优化升级。部分欧洲航空公司已开始尝试利用区块链技术记录航班辐射数据，以确保数据的透明度和防篡改性能。该举措不仅强化了管理层的辐射防护意识，也为下一代航空辐射防护设备的研发提供了数据支持[25]。在新兴技术领域，无人机与物联网(IoT)技术的结合为辐射监测开辟了新的路径。通过物联网技术，无人机可搭载低功率、高灵敏度的辐射探测器，在检测精度和覆盖范围上均优于传统方法。这些具有较高机动性和自主性的设备有望在未来成为兼具实用性和成本效益的监测手段。目前，国际上正在开展相关技术的研发和试点项目，以评估其在航空辐射实时监测中的应用潜力[25, 30]。
另一方面，防护设备与模式不断革新。针对飞行任务，有研究团队为有效防护高剂量宇宙辐射，重点聚焦特殊屏蔽材料的研发以及结构设计的优化。在实验室环境下，部分复合材料呈现出较高的抗辐射性能，未来这些材料有望应用于飞机结构以及机组成员的个人防护装备。例如，阿联酋航空A380机组防护方案包含以下措施：在驾驶舱座椅上加装5 cm厚的含硼聚乙烯背板；针对每月辐射剂量超过2 mSv的人员，强制进行72 h的地面休整。实施该方案后，2023年机组人员的平均辐射剂量由3.8 mSv/年降至2.1 mSv/年。此外，生物技术领域的研究也在探索通过特殊营养补给与基因治疗方式，提升机组人员在高频次且长时间暴露于低剂量辐射环境下的生理适应能力[10, 31]。
临床流行病学研究显示，低剂量电离辐射会导致癌症[32]、心血管疾病、胚胎发育异常[33]、内分泌紊乱、消化系统损伤等多系统疾病的发病率升高。而维生素、矿物质、中药提取物以及藻类等膳食补充剂对低剂量辐射具有一定的防护作用[34]。部分航空公司依据《中国居民膳食指南》及《民航空勤人员膳食指南》，结合民航极地航班特点为空勤人员进行合理膳食干预，以达成预防辐射的目的。
同时，药物防护作为职业防护技术研究的一个分支，旨在通过特定药物减轻电离辐射对机体造成的损害。当前，辐射防护剂的研究主要集中于自由基清除剂、DNA修复促进剂以及细胞保护剂等领域。例如氨磷汀(amifostine)作为一种具有广泛防护效应的辐射防护剂，通过其活性代谢产物WR-1065发挥清除自由基以及激活DNA修复酶的功能，在体外实验和动物模型中均已证实，能够显著降低辐射诱导的细胞凋亡和染色体畸变。其他天然化合物，如褪黑素、白藜芦醇等，也呈现出抗氧化和抗炎的特性，可缓解辐射引发的氧化应激反应。鉴于航空人员职业的特殊性，相关研究正致力于探寻低剂量长期给药方案，以降低副作用并提高用药依从性。这些药物干预措施虽然处于从实验室研究向临床应用转化的阶段，但为航空辐射职业防护提供了补充性策略，尤其在突发太阳粒子事件等无法实现完全屏蔽辐射的情况下具有应用潜力。
五、航空运输对未来辐射防护的影响及对策航空运输系统在未来发展中将面临平流层宇宙射线辐射强度增强的严峻挑战。太阳活动峰年期间，高能粒子通量的显著增加可能对机组人员及乘客的辐射安全构成潜在危害[1]。为提高防护效能，航空器需采用高性能屏蔽材料并优化结构设计，同时建立完善的航空人员累积剂量监测体系[35]。航天级辐射探测装置与实时剂量监测系统的应用，可为空间辐射预警及剂量评估提供技术支撑[4]。在政策法规层面，亟需修订现有法规标准，将机载辐射监测设备强制配备及人员剂量管理制度纳入规范要求[36]。后续研究应重点开展辐射环境预测模型优化、新型辐射防护材料研制及长期辐射生物效应评估等工作，并通过国际合作机制推动防护标准的统一化进程[5, 21, 37]。
综上所述，关于宇宙辐射健康监测对航空从业人员职业健康影响的效应指标研究呈现出显著的异质性。部分研究聚焦于生物标志物(如微核、染色体易位)及多组学分析，构建更精准的风险预测模型，以优化航空人员健康监护干预策略[38-39]。此种研究差异或许与样本选择偏倚以及监测方法学的差异紧密相关[40-41]。随着人工智能、大数据等前沿技术在应用层面的创新发展，辐射监测的精度得以显著提高。然而，由于各国在政策执行力度上存在差异，导致风险评估结果出现较大分歧[42-43]。因此，未来的研究有必要整合生物医学、大气物理学等多学科的交叉方法，深入探究宇宙辐射的作用机制，并借助人工智能技术构建动态的风险评估与管理体系[41, 44]。此外，构建国际协作机制至关重要，具体包括统一辐射剂量评估模型与防护标准[45-46]。同时，应致力于开发新型的辐射屏蔽材料与生物防护制剂，并充分考量不同区域航线在辐射暴露特征方面的差异[43-44, 47]。
建议在后续研究中，一是进一步深入探索航空人员宇宙辐射暴露的长期健康影响[48]，重点开展不同航线、飞行频率和太阳活动周期下的差异化研究，并通过结合大数据分析与人工智能技术，构建更为精准的个体化辐射剂量评估模型，从而实现对每位航空人员的实时健康监测与风险预警。二是针对当前防护技术的不足，未来的研究可聚焦于开发更高效的屏蔽材料，如纳米复合材料或智能响应型材料，该材料不仅能够有效减少宇宙辐射的穿透，还可根据环境变化动态调整防护性能。三是辐射防护也应关注生物医学领域的创新，例如通过基因编辑技术增强人体细胞对辐射损伤的自我修复能力[49]，或利用微生物组学研究开发基于肠道菌群调节的辐射防护策略。四是国际合作的重要性亦不容小觑。建议通过推进跨国研究项目，实现辐射监测数据与防护经验的共享，构建全球统一的航空辐射防护体系。
利益冲突 无
作者贡献声明 邱兵负责综述框架构建、文献检索、资料整理与论文撰写；邓君提供专业资料；曹媛、王思琦、潘胜梅、祁妍敏、马秀利负责国内外政策梳理；李双宝负责对研究思路、论文结构及核心结论进行指导与审核；孙全富指导论文修改
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