國家標準《空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范》

編制說明

1.工作簡況

1.1任務來源

本項目來源于全國空間科學及其應用標準化技術委員會1號文件關于2023年第一批國

家標準制修訂計劃的通知，由中國科學院上海硅酸鹽研究所作為主要起草單位，負責項目序

號為2022-1618T-491，名稱為“空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范”標準的

制定工作。

1.2目的和意義

在空間站進行科學實驗是設計制造無容器實驗柜的根本宗旨，因此標準“空間站無容器

材料實驗柜實驗樣品地面制備規范”的制定目的就是可以最大程度發揮其探索新材料的功

能，同時保證空間站實驗柜的正常運轉并保持一定的服役期。本標準的制定，使得科學家們

在地面進行樣品制備時有據可查，并有助于上天樣品的篩選，更好地發揮無容器技術在空間

制備研究新材料、進行高溫熔體熱物性測試的功能，保證空間科學實驗的順利進行，進一步

推動我國空間材料、新材料科學領域的發展。

1.3編制背景

隨著我國航天事業的蓬勃發展，中國空間站“天和”核心艙已經于2021年4月29日在

海南文昌航天發射場成功升空。隨核心艙一起升空的兩套實驗裝置中就有無容器材料實驗

柜，其主要任務就是在空間進行材料科學實驗。

無容器材料實驗柜由實驗平臺、實驗電控子系統、真空于加熱子系統、位置控制子系統、

激光加熱子系統、實時觀察于物性測量子系統、樣品釋放與回收子系統等7個子系統組成，

實驗腔體是實驗平臺的核心組件，也是整個無容器科學實驗系統的核心組件。核心中的核心

是一臺加熱溫度可以高達3000K的靜電懸浮裝置。

空間站無容器材料實驗柜通過靜電懸浮技術一方面可以支持開展金屬、非金屬等無容器

加工研究和材料深過冷研究，同時也可以進行高精度測量高溫熔體熱物性數據有利于解決重

要應用材料的高溫物理性能參數的獲取問題，更進一步促進新材料的制備和研究。

目前無容器材料實驗柜已經完成調試并進入運營期，為了保證無容器材料實驗柜的正常

運轉，有必要根據靜電懸浮裝置以及整個系統在空間微重力下運行的特點，規范實驗樣品在

地面的制備要求。經調研雖然已經有GB/T37844-2019空間材料科學實驗固體實驗樣品制備

規范，但是目前國內外還沒有針對本空間站無容器材料實驗柜進行科學實驗的樣品制備方面

的標準，因此急需制定這一標準，以規范和篩選適合無容器材料實驗柜的科學實驗樣品的制

備，更好地發揮無容器技術制備和高溫熱物性測試的功能，確保空間科學實驗的順利進行，

進一步推動我國新材料科學領域的發展。

1.4主要工作過程

本項目于2023年1月獲國家標準化管理委員會批準立項，由中科院上海硅酸鹽研究所

牽頭編寫。由中國科學院上海硅酸鹽研究所、中國科學院金屬研究所，中科院空間應用工程

與技術中心，北京國科環宇科技股份有限公司負責起草；主要起草人員有余建定，李勤，羅

興宏，張立憲，梁學峰等人。

本工作組在前期大量的技術儲備和調研的基礎上，開展了本文件的編制工作，主要工作

過程如下：

1.4.1成立編制組

根據全國空間科學及其應用標準化技術委員會的國家標準申請立項工作安排，中國科學

院上海硅酸鹽研究所牽頭提出了《空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范》國家

標準的立項申請，并于2023年1月獲國家標準化管理委員會批準立項。隨后中國科學院上

海硅酸鹽研究所成立了標準制定工作組，由余建定研究員牽頭編寫，并向全國空間科學及其

應用標準化技術委員會報送了標準研制計劃和標準制定工作組成員名單。

1.4.2初稿及征求意見稿的編寫

收到項目計劃通知后，中國科學院上海硅酸鹽研究所立即成立了《空間站無容器材料實

驗柜實驗樣品地面制備規范》國家標準制定工作組。并且在已有企業標準Q/SIC1000-2021

《空間站無容器實驗柜實驗樣品驗收規范》基礎上，進一步查閱了國內外相關產品的標準

和技術資料，對國內外生產企業和使用單位進行充分的調研，廣泛征求意見，將原有的企業

標準進行了修改和補充，并按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則》的要求起草了《空間站

無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范》國家標準草案形成工作組討論稿。

6月13日全體標準工作組成員通過線上會議對討論稿內容及標準格式逐字逐句進行了

充分的討論，增加了“第9章‘標志、包裝、運輸及貯存’，資料性附錄B”的內容；術語

與定義部分去掉3.1實驗裝置、3.4功能件；第4章4.5.1條激光吸收特性改作定性要求；第

5章制備程序由原來的“原材料選擇，配料，混和，成型，鑄造或燒結，加工等操作程序”

簡化成“制備程序應包括制樣方案制定，成分設計，坯料制備及成品加工等操作。”；此外

還就檢驗方法、試驗報告重新進行規范性敘述。會后，工作組再根據會議結果進行修改并再

次在編制工作組范圍內征求意見，修改并完善文件內容合格式，最終形成征求意見稿。

1.4.3征求意見及意見處理

2023年6月30日《空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范》標準征求意見

稿包括標準文本、標準編制說明、征求意見表發送至全國空間科學及其應用標準化技術委員

會，由其通過全國公共平臺征求意見以及向全體標委會委員征求意見；同時由編制組定向向

相關利益方——需要上天進行科學實驗的大專院校、研究單位如：中國科學院國家空間科學

中心、中科院沈陽金屬所、西北工業大學、………..等單位進行征求意見。

1.4.4送審稿

根據意見征求后意見修改形成送審稿。

1.4.5報批稿

根據送審后意見修改形成報批稿。

2.標準編制原則與確定標準重要內容的依據

2.1編制原則

本文件充分考慮無容器材料實驗柜裝置自身的特點及在空間站長期服役的需要，確定了

空間站無容器實驗柜科學實驗用樣品地面制備的技術要求及檢驗測試方法。本文件按照

GB/T1.1-2020《標準化工作導則第一部分：標準化文件的結構和起草規則》的規則起草。

2.2確定標準主要內容的依據

無容器材料實驗柜的用途就是在空間進行科學實驗。此實驗柜主要由真空加壓、位置控制、

激光加熱、樣品釋放與回收、實時觀察與物性測量、實驗平臺及實驗電控等7大子系統組成。樣

品進入這套實驗系統的整體流程為：1、實驗樣品由釋放回收子系統推送進入實驗裝置；2、通

過位置控制子系統捕獲并控制樣品的懸浮位置；3、接著激光加熱子系統將樣品加熱成為熔體；

4、利用實時觀察與物性測量子系統進行各項實驗，5、實驗結束后通過樣品釋放與回收子系統

收回樣品，自動更換下一個試樣進行實驗。由上述樣品所經過的流程可知，整個裝置對于樣品

的種類（金屬、非金屬）、揮發性、熔點、尺寸大小等都應有一定的要求，否則將直接影響樣

品的懸浮、位置控制、加熱熔融、物性數據精確度乃至整個裝置的正常運轉。

鑒于此，本文件結合無容器實驗柜裝置本身特點，在原有《空間站無容器材料實驗柜

實驗樣品驗收規范》企業標準基礎上，總結和歸納了并形成了空間站無容器材料實驗柜實

驗樣品地面制備規范。

2.2.1標準化對象和范圍

本文件規定了空間站無容器材料實驗柜實驗樣品的樣品要求、制備程序、制備方法、檢

驗方法、試驗報告及其標志、包裝、運輸及貯存的要求。

本文件適用于利用空間站無容器材料實驗柜靜電懸浮設備開展科學實驗的樣品。

2.2.2正文內容確立的依據

考慮到無容器實驗柜-靜電懸浮裝置自身的特點，以及此設備在空間站運行的要

求，本文件對實驗樣品的制備、檢驗及試驗報告都提出了要求及相應的測試評判方

法。在文件第四章節中，給出了樣品的制備要求包括其化學特性、外觀、尺寸范

圍、釋放回收、激光加熱特性、帶電量及力學環境適應性等；在文件的第五章節

中，給出了樣品的制備程序，包括制樣方案制定，成分設計，坯料制備及成品加工

等操作；在文件的第六章節中，給出了樣品的常規制備工藝；在文件第七章中給出

制備后實驗樣品的檢驗、測試及判定，包括制備要求對應的測試設備、測試方法；

在文件的第八章給出了相關試驗報告的要求，最后在文件第九章給出了關于樣品標

志、包裝、運輸及貯存的要求。

2.2.3附錄內容確立的依據

本文件制定時，工作組參考了國內GB/T30114.7空間科學及其應用術語第7部分：微

重力科學；GJB150.16A軍用裝備實驗室環境試驗方法第16部分：振動試驗；GJB150.18A

軍用裝備實驗室環境試驗方法第16部分：沖擊試驗；GB/T30114.1空間科學及其應用術

語第1部分：基礎通用；GB/T37469GJB4011飛船乘員艙大氣環境控制工程設計的醫學

要求GJB4009航天員系統對飛船應用系統的技術要求。這些資料為本文件的制定工作奠定

了有力的基礎。

此外考慮到文件正文的篇幅，將文件第7章第4條釋放回收測試步驟采用規范性附錄A進

行要求，第8章試驗報告示例采用資料性附錄B進行要求。

3.試驗驗證的分析、綜述報告，技術經濟論證，預期的經濟效果

編制組對于文件中要求的各項內容都進行了試驗驗證。迄今為止空間無容器材料實驗柜

已經在太空正常運行2年多，共開展了8個研究項目、12種金屬材料樣品的在軌實驗，由

航天員帶回4個批次、258顆樣品。上述科學實驗的順利開展表明按照本文件制備的實驗樣

品可滿足空間無容器材料實驗柜的操作要求。也驗證了經過2年的調試和運行技術經濟論

證是可行的，也取得了預期的效果。具體相關試驗報告見附件。

本文件的實施將為無容器材料實驗柜在軌正常運行提供技術保障，為科學家準備科學實

驗樣品提供了極大方便。可以更好地發揮無容器技術制備和高溫熱物性測試的功能，確保空

間科學實驗的順利進行，進一步推動我國新材料科學領域的發展。從長遠看必將產生具有極

大的經濟和社會效益。

4.與國際、國外同類標準技術內容的對比情況，或者與測試的國外樣品、樣機的有關數據

對比情況

經檢索國內國家標準、軍用標準、行業標準，未檢索到任何相關標準。經檢索國外先進

標準，未檢索到任何相關標準。中科院上海硅酸鹽研究所起草的《空間站無容器材料實驗柜

實驗樣品地面制備規范》國家標準滿足空間站無容器材料實驗柜的使用要求，本標準屬于推

薦性國家標準。

5.采標情況，以及是否合規引用或采用國際國外標準

無

6.與現行法律、法規和相關標準的關系

本標準符合現行的方針政策，與法律、法規和強制性國家標準不存在抵觸。

7.重大分歧意見的處理和依據

本標準在編制過程中無重大分歧意見。

8.8.涉及專利的有關說明

本標準不涉及專利。

9.貫徹國家標準的要求，以及組織措施、技術措施、過渡期和實施日期的建議等措施建議

本標準發布后，可作為采用空間無容器實驗柜進行科學實驗用樣品在地面制備的依據，

建議希望到中國空間站采用無容器材料實驗柜進行科學實驗的科學家及其單位使用。

本文件填補國內空白，達到國內先進水平。

建議本文件作為推薦性技術文件發布。

標準發布后建議在全國范圍內進行該標準的宣貫工作，同時建議有關專家在相關科研院

所、高等院校和企業進行宣傳和推薦。

根據需要，編制組可適時開展標準宣貫培訓。

建議發行數量根據需求確定。

建議本標準自頒布之日起實施。

10.其它應予說明的事項

起草人名字更改，由于工作變動將原有石云改為湯美波。

編寫組聯系方式：

余建定yujianding@

湯美波mbtang@

2023年6月26日

國家標準編制說明

項目名稱：空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范

計劃項目代號：2022-1618T-491

主要起草單位：中國科學院上海硅酸鹽研究所

2023年6月

國家標準《空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范》

編制說明

1.工作簡況

1.1任務來源

本項目來源于全國空間科學及其應用標準化技術委員會1號文件關于2023年第一批國

家標準制修訂計劃的通知，由中國科學院上海硅酸鹽研究所作為主要起草單位，負責項目序

號為2022-1618T-491，名稱為“空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范”標準的

制定工作。

1.2目的和意義

在空間站進行科學實驗是設計制造無容器實驗柜的根本宗旨，因此標準“空間站無容器

材料實驗柜實驗樣品地面制備規范”的制定目的就是可以最大程度發揮其探索新材料的功

能，同時保證空間站實驗柜的正常運轉并保持一定的服役期。本標準的制定，使得科學家們

在地面進行樣品制備時有據可查，并有助于上天樣品的篩選，更好地發揮無容器技術在空間

制備研究新材料、進行高溫熔體熱物性測試的功能，保證空間科學實驗的順利進行，進一步

推動我國空間材料、新材料科學領域的發展。

1.3編制背景

隨著我國航天事業的蓬勃發展，中國空間站“天和”核心艙已經于2021年4月29日在

海南文昌航天發射場成功升空。隨核心艙一起升空的兩套實驗裝置中就有無容器材料實驗

柜，其主要任務就是在空間進行材料科學實驗。

無容器材料實驗柜由實驗平臺、實驗電控子系統、真空于加熱子系統、位置控制子系統、

激光加熱子系統、實時觀察于物性測量子系統、樣品釋放與回收子系統等7個子系統組成，

實驗腔體是實驗平臺的核心組件，也是整個無容器科學實驗系統的核心組件。核心中的核心

是一臺加熱溫度可以高達3000K的靜電懸浮裝置。

空間站無容器材料實驗柜通過靜電懸浮技術一方面可以支持開展金屬、非金屬等無容器

加工研究和材料深過冷研究，同時也可以進行高精度測量高溫熔體熱物性數據有利于解決重

要應用材料的高溫物理性能參數的獲取問題，更進一步促進新材料的制備和研究。

目前無容器材料實驗柜已經完成調試并進入運營期，為了保證無容器材料實驗柜的正常

運轉，有必要根據靜電懸浮裝置以及整個系統在空間微重力下運行的特點，規范實驗樣品在

地面的制備要求。經調研雖然已經有GB/T37844-2019空間材料科學實驗固體實驗樣品制備

規范，但是目前國內外還沒有針對本空間站無容器材料實驗柜進行科學實驗的樣品制備方面

的標準，因此急需制定這一標準，以規范和篩選適合無容器材料實驗柜的科學實驗樣品的制

備，更好地發揮無容器技術制備和高溫熱物性測試的功能，確保空間科學實驗的順利進行，

進一步推動我國新材料科學領域的發展。

1.4主要工作過程

本項目于2023年1月獲國家標準化管理委員會批準立項，由中科院上海硅酸鹽研究所

牽頭編寫。由中國科學院上海硅酸鹽研究所、中國科學院金屬研究所，中科院空間應用工程

與技術中心，北京國科環宇科技股份有限公司負責起草；主要起草人員有余建定，李勤，羅

興宏，張立憲，梁學峰等人。

本工作組在前期大量的技術儲備和調研的基礎上，開展了本文件的編制工作，主要工作

過程如下：

1.4.1成立編制組

根據全國空間科學及其應用標準化技術委員會的國家標準申請立項工作安排，中國科學

院上海硅酸鹽研究所牽頭提出了《空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范》國家

標準的立項申請，并于2023年1月獲國家標準化管理委員會批準立項。隨后中國科學院上

海硅酸鹽研究所成立了標準制定工作組，由余建定研究員牽頭編寫，并向全國空間科學及其

應用標準化技術委員會報送了標準研制計劃和標準制定工作組成員名單。

1.4.2初稿及征求意見稿的編寫

收到項目計劃通知后，中國科學院上海硅酸鹽研究所立即成立了《空間站無容器材料實

驗柜實驗樣品地面制備規范》國家標準制定工作組。并且在已有企業標準Q/SIC1000-2021

《空間站無容器實驗柜實驗樣品驗收規范》基礎上，進一步查閱了國內外相關產品的標準

和技術資料，對國內外生產企業和使用單位進行充分的調研，廣泛征求意見，將原有的企業

標準進行了修改和補充，并按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則》的要求起草了《空間站

無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范》國家標準草案形成工作組討論稿。

6月13日全體標準工作組成員通過線上會議對討論稿內容及標準格式逐字逐句進行了

充分的討論，增加了“第9章‘標志、包裝、運輸及貯存’，資料性附錄B”的內容；術語

與定義部分去掉3.1實驗裝置、3.4功能件；第4章4.5.1條激光吸收特性改作定性要求；第

5章制備程序由原來的“原材料選擇，配料，混和，成型，鑄造或燒結，加工等操作程序”

簡化成“制備程序應包括制樣方案制定，成分設計，坯料制備及成品加工等操作。”；此外

還就檢驗方法、試驗報告重新進行規范性敘述。會后，工作組再根據會議結果進行修改并再

次在編制工作組范圍內征求意見，修改并完善文件內容合格式，最終形成征求意見稿。

1.4.3征求意見及意見處理

2023年6月30日《空間站無容器材料實驗柜實驗樣品地面制備規范》標準征求意見

稿包括標準文本、標準編制說明、征求意見表發送至全國空間科學及其應用標準化技術委員

會，由其通過全國公共平臺征求意見以及向全體標委會委員征求意見；同時由編制組定向向

相關利益方——需要上天進行科學實驗的大專院校、研究單位如：中國科學院國家空間科學

中心、中科院沈陽金屬所、西北工業大學、………..等單位進行征求意見。