在微重力环境中建模呼吸道病毒空气传播的风险

为何太空中的病原体重要

随着人类计划更长时间的太空航行——从在国际空间站的长期驻留到未来的月球和火星任务——有一个随船而来的隐秘威胁伴随每一支队伍：呼吸道病毒。在地球上，空气中的病菌最终会下沉到地面，医院也能在有人病倒时提供干预。然而在轨道上，颗粒漂浮的时间更长，医疗支援也遥远。该研究提出了一个简单却紧迫的问题：像引起 COVID-19 的病毒这样的病原体，在微重力环境中通过空气传播的难易程度如何？又可以采取哪些措施来保护宇航员？

漂浮的空气如何改变感染风险

在地球上，重力有助于将呼出的小液滴和气溶胶拉下，使它们要么落到表面上，要么较快地从空气中清除。在微重力中，这种沉降力几乎不存在。研究人员使用了一个最初为研究地球室内 COVID-19 传播而建立的详细计算模型，并调整了物理参数以匹配国际空间站的条件。他们表明，几微米大小的颗粒——在地球上会在几分钟或几小时内落下——在微重力中可以悬浮数年。因此，携带病毒的颗粒会在封闭的舱室空气中累积，而不是被清除。

在轨风险上升了多少

当团队模拟一名感染的机组人员与另一名健康人员共享舱室且没有特殊防护时，他们发现空气中的病毒水平在微重力下可能比类地室内高出约 286 倍。经过一周暴露，健康宇航员被感染的概率上升到约 78%，几乎是地球上在相同假设下风险的两倍。这一大幅风险上升主要来自漂浮颗粒的累积而非沉降，使得航天器的共享空气成为更高效的传播媒介。

口罩和过滤器能做什么

研究随后在模型中测试了常见的安全措施。如果感染者佩戴口罩，释放到舱内空气中的含病毒飞沫数量约减少 85%。这将感染概率从 78% 降至 67%，当两名机组人员都戴口罩时降至 60%。然而，最有效的单项措施是持续过滤。当空气每小时通过高效颗粒空气（HEPA）系统五次时，模型估计空气中病毒水平下降了 99.79%。在这种条件下，感染风险降到了约 25%，甚至低于未采取特殊控制时地球上的模型风险。

受压身体下更弱的防御

太空飞行带来的不仅是不同寻常的物理条件，还有不同寻常的生理反应。宇航员面临封闭环境、睡眠紊乱、辐射及其他压力，这些因素都会削弱免疫系统。过去的任务表明，本在人群中处于休眠状态并被免疫系统控制的疱疹病毒，在太空中更容易重新激活，并伴随更高水平的病毒释放。为探讨类似情况对呼吸道病毒可能意味着什么，研究人员测试了感染者释放病毒量为基线的 4 倍、8 倍或 16 倍的情景。在中等的 8 倍情景下，无防护时的感染风险上升到约 87%。即使仅有 HEPA 过滤，感染几率仍高于地球基线，这显示出受压免疫系统如何悄然放大传播。

为未来机组提供分层防护

模型还考察了更强免疫力（例如由疫苗或其他医疗策略提供）带来的好处。假设免疫保护提高 50%，单独来看可将感染风险降低几个百分点；与 HEPA 过滤结合时，可降低超过 14 个百分点。在某些组合情景下，太空中的总体风险可降至大致与或甚至优于地球基线。尽管该研究是理论性的，并依赖于从不同病毒得出的假设，但它传达了一个明确的信息：在微重力中，漂浮的空气和受压的身体都利于呼吸道传播，因此安全将取决于将良好空气净化、合理佩戴口罩和强健免疫健康相结合的分层防护策略。

引用: Sararat, C., Jiravejchakul, N., Nawattanapaiboon, K. et al. Modeling the risk of airborne transmission of respiratory viruses in microgravity. npj Microgravity 12, 44 (2026). https://doi.org/10.1038/s41526-026-00590-4

关键词: 微重力, 空气传播, 空间站, HEPA 过滤, 宇航员健康