I raggi cosmici sono delle particelle cariche che vengono emesse dal Sole e da altre stelle, che si propagano nello spazio e raggiungono anche la Terra. Arrivati sul nostro pianeta i raggi cosmici collidono con l'atmosfera, "frantumandosi" sempre di più fino a decadere. Per gli astronauti nello spazio però non c'è l'atmosfera a proteggerli dalle radiazioni cosmiche. L'unica protezione disponibile è quella della tuta spaziale ed il suo rivestimento in mylar, ma è solo una protezione limitata e certamente non adatta ad affrontare lunghi viaggi nello spazio.

Si sa infatti che in orbita l'esposizione alle radiazioni è tra le 100 e le 10000 volte di più rispetto a Terra, con dei picchi in zone particolari dell'Universo (come ad esempio le fasce di Van Allen) dove se l'uomo vi entrasse vi rimarrebbe ucciso sul colpo (qui le radiazioni emesse sono 10000 volte tanto quelle che arrivano a Terra. Per fare un paragone, al livello del mare in un anno le radiazioni cosmiche assorbite sono pari a due lastre radiografiche al torace. Si tratta quindi di un problema che a Terra non si pone ma in orbita per lunghi periodi si.

Per avere una protezione pari a quella dell'atmosfera terrestre, si dovrebbe avere un materiale che funge da schermo alle radiazioni. Ciò si potrebbe ottenere costruendo uno scudo schermante contenente acqua, ma il suo peso sarebbe troppo elevato (si stima in 500 tonnellate, quando il payload massimo di uno space shuttle è di 30 tonnellate). La seconda ipotesi fatta è quella di uno scudo magnetico, in grado di deviare opportunamente le orbite delle particelle ionizzate costituenti i raggi cosmici. Si avrebbe bisogno però di un campo magnetico elevatissimo, i cui effetti sul corpo umano non sono conosciuti. Infine, si è pensato a uno scudo elettrostatico.

Ovvero, lo spacecraft dovrebbe essere in grado di emettere un fascio di elettroni così potente da caricare positivamente il rivestimento esterno, e quindi respingere i raggi cosmici. I vantaggi di questa soluzione sono di avere una copertura totale, senza alcun campo magnetico pericoloso. Si ha di converso però che si crea un flusso di particelle negative enorme all'interno della navicella, e l'energia elettrica richiesta è spropositata.

La protezione dai raggi cosmici è uno dei grandi problemi da risolvere per realizzare una missione umana su Marte. L'atmosfera marziana infatti è così rarefatta da non costituire una protezione efficace dalle radiazioni, e comunque si pone il problema dell'esposizione ai raggi cosmici nel lungo tempo di permanenza nello spacecraft durante i viaggi di andata e ritorno Terra-Marte. 

Se non si troverà una soluzione ai raggi cosmici non sarà possibile effettuare viaggi spaziali, in quanto questi possono provocare tumori e altre malattie letale agli astronauti. Nel 2003 la NASA ha creato il National Space Radiation Laboratory per studiare una protezione ai raggi cosmici, ma tuttora non si ha una soluzione concreta.

Per approfondire la conoscenza sui raggi cosmici e sulla protezione da questi per gli astronauti, c'è un interessante articolo di E. Parker intitolato "Shielding Space Explorers for Cosmic Rays", pubblicato in "Space Weather" Vol.3, n.8 del 18 agosto 2005. I documenti NASA sugli scudi per radiazioni sono disponibili al sito aoss.engin.umich.edu/Radiation ; la NASA inoltre ha un sito dedicato ai raggi cosmici reperibile navigando su radiationshielding.nasa.gov .