空间站无容器材料实验柜 实验样品地面制备规范-编制说明

国家标准《空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范》

编制说明

1.工作简况

1.1任务来源

本项目来源于全国空间科学及其应用标准化技术委员会1号文件关于2023年第一批国

家标准制修订计划的通知，由中国科学院上海硅酸盐研究所作为主要起草单位，负责项目序

号为2022-1618T-491，名称为“空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范”标准的

制定工作。

1.2目的和意义

在空间站进行科学实验是设计制造无容器实验柜的根本宗旨，因此标准“空间站无容器

材料实验柜实验样品地面制备规范”的制定目的就是可以最大程度发挥其探索新材料的功

能，同时保证空间站实验柜的正常运转并保持一定的服役期。本标准的制定，使得科学家们

在地面进行样品制备时有据可查，并有助于上天样品的筛选，更好地发挥无容器技术在空间

制备研究新材料、进行高温熔体热物性测试的功能，保证空间科学实验的顺利进行，进一步

推动我国空间材料、新材料科学领域的发展。

1.3编制背景

随着我国航天事业的蓬勃发展，中国空间站“天和”核心舱已经于2021年4月29日在

海南文昌航天发射场成功升空。随核心舱一起升空的两套实验装置中就有无容器材料实验

柜，其主要任务就是在空间进行材料科学实验。

无容器材料实验柜由实验平台、实验电控子系统、真空于加热子系统、位置控制子系统、

激光加热子系统、实时观察于物性测量子系统、样品释放与回收子系统等7个子系统组成，

实验腔体是实验平台的核心组件，也是整个无容器科学实验系统的核心组件。核心中的核心

是一台加热温度可以高达3000K的静电悬浮装置。

空间站无容器材料实验柜通过静电悬浮技术一方面可以支持开展金属、非金属等无容器

加工研究和材料深过冷研究，同时也可以进行高精度测量高温熔体热物性数据有利于解决重

要应用材料的高温物理性能参数的获取问题，更进一步促进新材料的制备和研究。

目前无容器材料实验柜已经完成调试并进入运营期，为了保证无容器材料实验柜的正常

运转，有必要根据静电悬浮装置以及整个系统在空间微重力下运行的特点，规范实验样品在

地面的制备要求。经调研虽然已经有GB/T37844-2019空间材料科学实验固体实验样品制备

规范，但是目前国内外还没有针对本空间站无容器材料实验柜进行科学实验的样品制备方面

的标准，因此急需制定这一标准，以规范和筛选适合无容器材料实验柜的科学实验样品的制

备，更好地发挥无容器技术制备和高温热物性测试的功能，确保空间科学实验的顺利进行，

进一步推动我国新材料科学领域的发展。

1.4主要工作过程

本项目于2023年1月获国家标准化管理委员会批准立项，由中科院上海硅酸盐研究所

牵头编写。由中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院金属研究所，中科院空间应用工程

与技术中心，北京国科环宇科技股份有限公司负责起草；主要起草人员有余建定，李勤，罗

兴宏，张立宪，梁学峰等人。

本工作组在前期大量的技术储备和调研的基础上，开展了本文件的编制工作，主要工作

过程如下：

1.4.1成立编制组

根据全国空间科学及其应用标准化技术委员会的国家标准申请立项工作安排，中国科学

院上海硅酸盐研究所牵头提出了《空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范》国家

标准的立项申请，并于2023年1月获国家标准化管理委员会批准立项。随后中国科学院上

海硅酸盐研究所成立了标准制定工作组，由余建定研究员牵头编写，并向全国空间科学及其

应用标准化技术委员会报送了标准研制计划和标准制定工作组成员名单。

1.4.2初稿及征求意见稿的编写

收到项目计划通知后，中国科学院上海硅酸盐研究所立即成立了《空间站无容器材料实

验柜实验样品地面制备规范》国家标准制定工作组。并且在已有企业标准Q/SIC1000-2021

《空间站无容器实验柜实验样品验收规范》基础上，进一步查阅了国内外相关产品的标准

和技术资料，对国内外生产企业和使用单位进行充分的调研，广泛征求意见，将原有的企业

标准进行了修改和补充，并按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则》的要求起草了《空间站

无容器材料实验柜实验样品地面制备规范》国家标准草案形成工作组讨论稿。

6月13日全体标准工作组成员通过线上会议对讨论稿内容及标准格式逐字逐句进行了

充分的讨论，增加了“第9章‘标志、包装、运输及贮存’，资料性附录B”的内容；术语

与定义部分去掉3.1实验装置、3.4功能件；第4章4.5.1条激光吸收特性改作定性要求；第

5章制备程序由原来的“原材料选择，配料，混和，成型，铸造或烧结，加工等操作程序”

简化成“制备程序应包括制样方案制定，成分设计，坯料制备及成品加工等操作。”；此外

还就检验方法、试验报告重新进行规范性叙述。会后，工作组再根据会议结果进行修改并再

次在编制工作组范围内征求意见，修改并完善文件内容合格式，最终形成征求意见稿。

1.4.3征求意见及意见处理

2023年6月30日《空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范》标准征求意见

稿包括标准文本、标准编制说明、征求意见表发送至全国空间科学及其应用标准化技术委员

会，由其通过全国公共平台征求意见以及向全体标委会委员征求意见；同时由编制组定向向

相关利益方——需要上天进行科学实验的大专院校、研究单位如：中国科学院国家空间科学

中心、中科院沈阳金属所、西北工业大学、………..等单位进行征求意见。

1.4.4送审稿

根据意见征求后意见修改形成送审稿。

1.4.5报批稿

根据送审后意见修改形成报批稿。

2.标准编制原则与确定标准重要内容的依据

2.1编制原则

本文件充分考虑无容器材料实验柜装置自身的特点及在空间站长期服役的需要，确定了

空间站无容器实验柜科学实验用样品地面制备的技术要求及检验测试方法。本文件按照

GB/T1.1-2020《标准化工作导则第一部分：标准化文件的结构和起草规则》的规则起草。

2.2确定标准主要内容的依据

无容器材料实验柜的用途就是在空间进行科学实验。此实验柜主要由真空加压、位置控制、

激光加热、样品释放与回收、实时观察与物性测量、实验平台及实验电控等7大子系统组成。样

品进入这套实验系统的整体流程为：1、实验样品由释放回收子系统推送进入实验装置；2、通

过位置控制子系统捕获并控制样品的悬浮位置；3、接着激光加热子系统将样品加热成为熔体；

4、利用实时观察与物性测量子系统进行各项实验，5、实验结束后通过样品释放与回收子系统

收回样品，自动更换下一个试样进行实验。由上述样品所经过的流程可知，整个装置对于样品

的种类（金属、非金属）、挥发性、熔点、尺寸大小等都应有一定的要求，否则将直接影响样

品的悬浮、位置控制、加热熔融、物性数据精确度乃至整个装置的正常运转。

鉴于此，本文件结合无容器实验柜装置本身特点，在原有《空间站无容器材料实验柜

实验样品验收规范》企业标准基础上，总结和归纳了并形成了空间站无容器材料实验柜实

验样品地面制备规范。

2.2.1标准化对象和范围

本文件规定了空间站无容器材料实验柜实验样品的样品要求、制备程序、制备方法、检

验方法、试验报告及其标志、包装、运输及贮存的要求。

本文件适用于利用空间站无容器材料实验柜静电悬浮设备开展科学实验的样品。

2.2.2正文内容确立的依据

考虑到无容器实验柜-静电悬浮装置自身的特点，以及此设备在空间站运行的要

求，本文件对实验样品的制备、检验及试验报告都提出了要求及相应的测试评判方

法。在文件第四章节中，给出了样品的制备要求包括其化学特性、外观、尺寸范

围、释放回收、激光加热特性、带电量及力学环境适应性等；在文件的第五章节

中，给出了样品的制备程序，包括制样方案制定，成分设计，坯料制备及成品加工

等操作；在文件的第六章节中，给出了样品的常规制备工艺；在文件第七章中给出

制备后实验样品的检验、测试及判定，包括制备要求对应的测试设备、测试方法；

在文件的第八章给出了相关试验报告的要求，最后在文件第九章给出了关于样品标

志、包装、运输及贮存的要求。

2.2.3附录内容确立的依据

本文件制定时，工作组参考了国内GB/T30114.7空间科学及其应用术语第7部分：微

重力科学；GJB150.16A军用装备实验室环境试验方法第16部分：振动试验；GJB150.18A

军用装备实验室环境试验方法第16部分：冲击试验；GB/T30114.1空间科学及其应用术

语第1部分：基础通用；GB/T37469GJB4011飞船乘员舱大气环境控制工程设计的医学

要求GJB4009航天员系统对飞船应用系统的技术要求。这些资料为本文件的制定工作奠定

了有力的基础。

此外考虑到文件正文的篇幅，将文件第7章第4条释放回收测试步骤采用规范性附录A进

行要求，第8章试验报告示例采用资料性附录B进行要求。

3.试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果

编制组对于文件中要求的各项内容都进行了试验验证。迄今为止空间无容器材料实验柜

已经在太空正常运行2年多，共开展了8个研究项目、12种金属材料样品的在轨实验，由

航天员带回4个批次、258颗样品。上述科学实验的顺利开展表明按照本文件制备的实验样

品可满足空间无容器材料实验柜的操作要求。也验证了经过2年的调试和运行技术经济论

证是可行的，也取得了预期的效果。具体相关试验报告见附件。

本文件的实施将为无容器材料实验柜在轨正常运行提供技术保障，为科学家准备科学实

验样品提供了极大方便。可以更好地发挥无容器技术制备和高温热物性测试的功能，确保空

间科学实验的顺利进行，进一步推动我国新材料科学领域的发展。从长远看必将产生具有极

大的经济和社会效益。

4.与国际、国外同类标准技术内容的对比情况，或者与测试的国外样品、样机的有关数据

对比情况

经检索国内国家标准、军用标准、行业标准，未检索到任何相关标准。经检索国外先进

标准，未检索到任何相关标准。中科院上海硅酸盐研究所起草的《空间站无容器材料实验柜

实验样品地面制备规范》国家标准满足空间站无容器材料实验柜的使用要求，本标准属于推

荐性国家标准。

5.采标情况，以及是否合规引用或采用国际国外标准

无

6.与现行法律、法规和相关标准的关系

本标准符合现行的方针政策，与法律、法规和强制性国家标准不存在抵触。

7.重大分歧意见的处理和依据

本标准在编制过程中无重大分歧意见。

8.8.涉及专利的有关说明

本标准不涉及专利。

9.贯彻国家标准的要求，以及组织措施、技术措施、过渡期和实施日期的建议等措施建议

本标准发布后，可作为采用空间无容器实验柜进行科学实验用样品在地面制备的依据，

建议希望到中国空间站采用无容器材料实验柜进行科学实验的科学家及其单位使用。

本文件填补国内空白，达到国内先进水平。

建议本文件作为推荐性技术文件发布。

标准发布后建议在全国范围内进行该标准的宣贯工作，同时建议有关专家在相关科研院

所、高等院校和企业进行宣传和推荐。

根据需要，编制组可适时开展标准宣贯培训。

建议发行数量根据需求确定。

建议本标准自颁布之日起实施。

10.其它应予说明的事项

起草人名字更改，由于工作变动将原有石云改为汤美波。

编写组联系方式：

余建定yujianding@

汤美波mbtang@

2023年6月26日

国家标准编制说明

项目名称：空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范

计划项目代号：2022-1618T-491

主要起草单位：中国科学院上海硅酸盐研究所

2023年6月

国家标准《空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范》

编制说明

1.工作简况

1.1任务来源

本项目来源于全国空间科学及其应用标准化技术委员会1号文件关于2023年第一批国

家标准制修订计划的通知，由中国科学院上海硅酸盐研究所作为主要起草单位，负责项目序

号为2022-1618T-491，名称为“空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范”标准的

制定工作。

1.2目的和意义

在空间站进行科学实验是设计制造无容器实验柜的根本宗旨，因此标准“空间站无容器

材料实验柜实验样品地面制备规范”的制定目的就是可以最大程度发挥其探索新材料的功

能，同时保证空间站实验柜的正常运转并保持一定的服役期。本标准的制定，使得科学家们

在地面进行样品制备时有据可查，并有助于上天样品的筛选，更好地发挥无容器技术在空间

制备研究新材料、进行高温熔体热物性测试的功能，保证空间科学实验的顺利进行，进一步

推动我国空间材料、新材料科学领域的发展。

1.3编制背景

随着我国航天事业的蓬勃发展，中国空间站“天和”核心舱已经于2021年4月29日在

海南文昌航天发射场成功升空。随核心舱一起升空的两套实验装置中就有无容器材料实验

柜，其主要任务就是在空间进行材料科学实验。

无容器材料实验柜由实验平台、实验电控子系统、真空于加热子系统、位置控制子系统、

激光加热子系统、实时观察于物性测量子系统、样品释放与回收子系统等7个子系统组成，

实验腔体是实验平台的核心组件，也是整个无容器科学实验系统的核心组件。核心中的核心

是一台加热温度可以高达3000K的静电悬浮装置。

空间站无容器材料实验柜通过静电悬浮技术一方面可以支持开展金属、非金属等无容器

加工研究和材料深过冷研究，同时也可以进行高精度测量高温熔体热物性数据有利于解决重

要应用材料的高温物理性能参数的获取问题，更进一步促进新材料的制备和研究。

目前无容器材料实验柜已经完成调试并进入运营期，为了保证无容器材料实验柜的正常

运转，有必要根据静电悬浮装置以及整个系统在空间微重力下运行的特点，规范实验样品在

地面的制备要求。经调研虽然已经有GB/T37844-2019空间材料科学实验固体实验样品制备

规范，但是目前国内外还没有针对本空间站无容器材料实验柜进行科学实验的样品制备方面

的标准，因此急需制定这一标准，以规范和筛选适合无容器材料实验柜的科学实验样品的制

备，更好地发挥无容器技术制备和高温热物性测试的功能，确保空间科学实验的顺利进行，

进一步推动我国新材料科学领域的发展。

1.4主要工作过程

本项目于2023年1月获国家标准化管理委员会批准立项，由中科院上海硅酸盐研究所

牵头编写。由中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院金属研究所，中科院空间应用工程

与技术中心，北京国科环宇科技股份有限公司负责起草；主要起草人员有余建定，李勤，罗

兴宏，张立宪，梁学峰等人。

本工作组在前期大量的技术储备和调研的基础上，开展了本文件的编制工作，主要工作

过程如下：

1.4.1成立编制组

根据全国空间科学及其应用标准化技术委员会的国家标准申请立项工作安排，中国科学

院上海硅酸盐研究所牵头提出了《空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范》国家

标准的立项申请，并于2023年1月获国家标准化管理委员会批准立项。随后中国科学院上

海硅酸盐研究所成立了标准制定工作组，由余建定研究员牵头编写，并向全国空间科学及其

应用标准化技术委员会报送了标准研制计划和标准制定工作组成员名单。

1.4.2初稿及征求意见稿的编写

收到项目计划通知后，中国科学院上海硅酸盐研究所立即成立了《空间站无容器材料实

验柜实验样品地面制备规范》国家标准制定工作组。并且在已有企业标准Q/SIC1000-2021

《空间站无容器实验柜实验样品验收规范》基础上，进一步查阅了国内外相关产品的标准

和技术资料，对国内外生产企业和使用单位进行充分的调研，广泛征求意见，将原有的企业

标准进行了修改和补充，并按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则》的要求起草了《空间站

无容器材料实验柜实验样品地面制备规范》国家标准草案形成工作组讨论稿。

6月13日全体标准工作组成员通过线上会议对讨论稿内容及标准格式逐字逐句进行了

充分的讨论，增加了“第9章‘标志、包装、运输及贮存’，资料性附录B”的内容；术语

与定义部分去掉3.1实验装置、3.4功能件；第4章4.5.1条激光吸收特性改作定性要求；第

5章制备程序由原来的“原材料选择，配料，混和，成型，铸造或烧结，加工等操作程序”

简化成“制备程序应包括制样方案制定，成分设计，坯料制备及成品加工等操作。”；此外

还就检验方法、试验报告重新进行规范性叙述。会后，工作组再根据会议结果进行修改并再

次在编制工作组范围内征求意见，修改并完善文件内容合格式，最终形成征求意见稿。

1.4.3征求意见及意见处理

2023年6月30日《空间站无容器材料实验柜实验样品地面制备规范》标准征求意见

稿包括标准文本、标准编制说明、征求意见表发送至全国空间科学及其应用标准化技术委员

会，由其通过全国公共平台征求意见以及向全体标委会委员征求意见；同时由编制组定向向

相关利益方——需要上天进行科学实验的大专院校、研究单位如：中国科学院国家空间科学

中心、中科院沈阳金属所、西北工业大学、………..等单位进行征求意见。