KM6 載人空間環境模擬試驗設備是載人空間工程所需的關鍵地面環模設備，KM6 太陽模擬器是該設備的一個分系統。KM6 太陽模擬器的設計工作包括總體設計、光學系統設計、準直鏡系統設計、真空密封視窗及機械結構設計、光學積分器結構設計、平面鏡組件設計、燈室組件設計、冷卻系統設計、電控系統設計、光學裝校、光學參數測量等 11 個部分，設計量大。本文是對 KM6太陽模擬器設計的概述。
基本介紹
- 中文名：KM6太陽模擬器
- 輻照試驗體積：φ5m×4m
- 光線入射方向：水平方向
- 輻照度：500～1760W/m2
設計介紹,引言,設計方案,理論分析,機械結構,組件,控制系統,冷卻系統,裝校系統,輻照測試儀,結束語,
設計介紹
龐賀偉，黃本誠，臧友竹，陳金明
（1. 中國空間技術研究院，北京 100094；2. 北京衛星環境工程研究所，北京 100094）
摘要：文章介紹了 KM6 太陽模擬器的設計方案。為實現先進的技術指標，KM6 太陽模擬器選用了離軸準直光學系統設計方案，並對該光學系統進行了理論分析。文章還介紹了機械結構設計、冷卻系統設計、電控系統設計、光學裝校和光學測量設備設計的關鍵。採用有限元分析方法對設計進行了最佳化。
關鍵字：有限元分析；光學積分器；程控電源
引言
見概述
2 技術指標和設計方案
2.1 技術指標
KM6 載人空間環境模擬設備總體對太陽分系統提出如下技術指標：
輻照不均勻度：輻照試驗面內≤±5%；
輻照試驗體積內≤±6%；
輻照不穩定度：≤±1%/h；
離軸角： 29°；
準直角： ±2°；
採用計算機數據採集、管理，實時顯示太陽模擬器輻照不穩定度和氙燈電學參數。
設計方案
KM6 太陽模擬器採用離軸準直光學系統，這是對國外大型太陽模擬器進行充分調研後確定的。
在 20 世紀 70 年代，美國先進的太陽模擬器[1]都是採用離軸準直光學系統。德國在 80 年代也採用離軸準直光學系統[2]研製出了技術先進的大型太陽模擬器。因為根據理論分析，離軸準直光學系統能達到較好的輻照均勻度。
KM6 太陽模擬器的結構由燈室（包括支架、聚光系統、水冷檔板）、平面反射鏡組件、光學積分器、真空密封視窗和準直鏡組成，如圖 1 所示。聚光系統由 19 個氙燈單元組成，每個氙燈單元用25kW 水冷短弧氙燈做光源，每個光源配備一個由水冷卻的橢球聚光鏡和調節機構。19 個氙燈單元將 19 支氙燈發出的光匯集到光學積分器上。光學積分器使輻照變得均勻，並通過真空密封視窗將光輻射到準直鏡，由準直鏡反射形成平行光束。 其中，準直鏡是放置在輔助真空容器里，其餘組件都放置在真空容器外。真空密封視窗擔負著真空密封和將光引入真空容器的作用。
為獲得穩定的輻照，氙燈電源採用大功率程控電源，單台 30kW 功率。程控電源採用恆流工作模式，可以根據計算機的命令，自動控制輸出 電流的強度和穩定性。
KM6 太陽模擬器控制系統通訊採用的是工業乙太網。KM6 太陽模擬器除了在大氣環境下檢測性能之外，試驗期間還需在參考平面上套用探測器來監測輻照值。
3 光學系統設計和理論分析
3.1 光學系統設計
KM6 太陽模擬器光學系統採用離軸準直光學系統，由 19 支氙燈、19 個橢球聚光鏡、平面反射鏡、光學積分器、光學視窗鏡和準直鏡組成。
光學參數和相對位置如圖 2 和表 1 所示。
3.1.1 聚光鏡
KM6 太陽模擬器選擇 19 支 25kW 水冷短弧氙燈為光源，每支氙燈配備一個橢球面聚光鏡構成一個氙燈單元，共 19 個。這些氙燈單元安放在一個球面封頭上，球面封頭的開口直徑為 3138.30mm。
橢球面聚光鏡參數： ：f1=78.9mm；mo=85；f2=6706.5mm。
橢球面聚光鏡子午面內截線方程式： y2=2R0x-(1-e2)x2 ,
其中：R0=2×f1×f2/(f1+f2)；
e=(f2–f1) / (f2+f1)；
y2=311.9302x-0.045971 x2。
聚光鏡出射連線埠徑：Φom =540.0mm。
聚光鏡有效包容角：Um-Uo=121°-42°=79°。
3.1.2 光學積分器
選擇對稱式光學積分器鏡組，由口徑相等的場鏡陣列和投影鏡陣列組成，每個陣列由 55 個圓口徑的平凸透鏡組成，並按蜂窩狀結構排列。
光學積分器通光口徑：Φo=694mm。
元素透鏡口徑：Φn=80.5105mm。
光學積分器陣列的有效通光比：α=0.725。
投影鏡元素透鏡相對孔徑：Φn/f=1/2。
投影鏡焦距：f=2Φn=161.0211mm。
投影鏡凸面半徑：r 投=73.8443mm。
場鏡透鏡凸面半徑：r 場=71.9973mm。
3.1.3 平面反射鏡
平面反射鏡到光學積分器場鏡陣列的距離為 1800mm，到燈陣中心聚光鏡出瞳的軸向距離為 4645mm。平面反射鏡有效通光口徑為 1647mm×2422mm，光軸與鏡面交點相對於鏡面中心向上偏離215mm。該平面反射鏡由 15 塊平面反射鏡單元拼接而成，每塊平面反射鏡單元尺寸為 482mm×547mm，為防止鏡面受熱變形，用水冷卻。平面反射鏡表面的反射率≥86%，光圈 N=5、局部光圈∆N=1。
3.1.4 準直鏡
準直鏡由 121 個正六邊球面反射鏡拼接而成，拼接鏡最大口徑 Dm=6636mm、通光口徑 Do=5200mm；準直鏡頂點曲率半徑 R=24800mm、近軸焦距 F=11200mm。
每個正六邊形球面鏡的內切圓直徑和外接圓直徑分別為：2r 內=600.6612mm；2r 外=693.5839mm。
正六邊形球面鏡邊緣之間隙尺寸選為 5mm。
正六邊形球面鏡表面的反射率≥86%，光圈 N≤5、局部光圈∆N≤1。
3.1.5 視窗鏡
由於準直鏡放置在 KM6 輔助容器內，燈室組件和光學積分器放置在輔助容器外，為了將光引入真空的輔助容器，設計了視窗鏡起到通光和真空密封作用。其外形尺寸如下：
視窗鏡口徑：D=942mm；
有效通光口徑：Do=850mm；
厚度：h=90mm。
表 1 KM6 太陽模擬器光學系統參數
注 : r1——準直鏡曲率半徑；r2——視窗鏡內表面曲率半徑；r3——視窗鏡外表面曲率半徑；r4——投影鏡凸面曲率半徑；r5——投影鏡平面曲率半徑；r6——場鏡平面曲率半徑；r7——場鏡凸面曲率半徑；r8——平面反射鏡曲率半徑；r9——聚光鏡環帶曲率半徑；R—曲率半徑值；Φ—通光口徑值；ΔL—距離間隔；L—距離，原點為準直鏡頂點。
* 積分器通光口徑為 φ694mm ，55 個光學通道，n = 1.4586；
** 聚光鏡方程式:
聚光鏡數量：19 個。
3.2 輻照度計算
3.2.1 在輻照面積直徑為φ5000mm 圓內的輻照度 E=1760W/m2；在輻照面積直徑為φ5000～φ5400 圓環內的輻照度 E=1408W/ m2。W0=E·π·D02/4=34.54kW，其中：D0= 5000mm。 W0' =E'·π·（D12- D02)/4=4.598kW，其中：D1=5400mm。
W 有效=W0+ W0'=39.137kW。
3.2.2 計算光學系統效率 k
k= k1· k2· k3· k4· k5· k6· k7· k8· k9=0.102，
式中：k1 為氙燈光電轉換效率，取值 0.45；k2 為聚光鏡收集率，取值 0.75；k3 為聚光鏡反射率，取值 0.86；k4為光學積分器孔徑利用率，取值 0.85；k5 為光學積分器裝配利用率，取值 0.73；k6 為場鏡、投影鏡、視窗透過率，取值 0.9453；k7為準直鏡反射率，取值 0.8；k8 為準直鏡效率，取值0.9；k9為平面反射鏡反射率，取值 0.85。
3.2.3 氙燈運行最大功率計算
W= W 有效/ k /n=39.137/0.102/19=20.195kW，
其中：W 有效=39.137kW；k =0.102；n=19。
理論分析
3.3.1 理想輻照均勻性計算
光學積分器是使太陽模擬器產生均勻輻照面的關鍵組件。在設計時，通過理想輻照均勻性計算結果來選擇光學積分器的光學通道數目。當光學積分器光學通道數目為 19、37 和 55 個時，計算所得到的理想輻照不均勻度分別為±2.01%、±1.46%和±0.926%。儘管光學積分器光學通道在選擇 19、37 和 55 任一個時，都可以達到優於±5%的輻照不均勻度，然而由於必須同時滿足光學積分器裝配利用率優於 0.73 的要求，故選擇 55個通道。
3.3.2 輻照不均勻度計算
太陽模擬器輻照面上任一點的輻照度可以看作是通過太陽模擬器光學系統的許多微光束對該點產生的輻照度的積分值。
E′=ΣdEi′。
當微光束選擇足夠小時，在每個微光束對應的立體角內的輻亮度可以認為是均勻的，d Ei′由下式計算：
dEi′=ρ（n’/n）2Bxi，yi (α)dwi′，
式中：ρ=τ1…τm·r1…rn ；；Bxi，yi (α)=Bxi，yie(α)/ cos(90-α)；e(α)=I(α)/I0；
其中：Bxi，yi為氙弧 xi,yi點處的法向亮度；τm為光學鏡透過率；rn 為光學鏡反射率；I0 為氙燈法向發光強度；I(α)為氙燈 α 角度上的發光強度；α 為 dw i′立體角中心線與氙燈對稱軸夾角。
通過逆光路光線追跡法計算太陽模擬器輻照面各點的相對輻照度，進而算出輻照不均勻度。利用輻照均勻性計算程式可計算得出：在距準直鏡中心 16532mm 處的參考平面內，以太陽模擬器準直鏡光軸與參考平面交點為圓心的φ5000mm 範圍內，子午面內的輻照不均勻度為±5.55%，弧矢面內輻照不均勻度不大於±2.72%；在φ5000mm±2000mm 空間內，輻照不均勻度為±6.59%。子午面內輻照不均勻度與設計指標的差值可以通過光學裝校進行修正。
機械結構
KM6 太陽模擬器機械結構由燈室組件、平面反射鏡組件、光學積分器機械結構、真空密封視窗機械結構和準直鏡結構組成，設計要點如下。
4.1 燈室組件
燈室組件由燈室支柱、聚光系統、平面反射鏡、水冷檔板組成（見圖 3）。
燈室支柱由 6 個分立的鋼支柱組成，其一端固定在地腳螺釘上，另一端支撐燈室的法蘭，使燈室距地面 6m。
聚光系統由 19 個氙燈單元、球面封頭和圓錐
形遮光筒組成。每個氙燈單元由 1 支 25kW 氙燈、聚光鏡、調整機構、水冷機構和風冷機構組成（見圖 4）。調整機構具有 X、Y、Z 三維調節功能，可調節 25kW 氙燈陰極位於橢球面聚光鏡第一焦點處。
球面封頭由內徑為φ3664mm 法蘭和球面封頭焊接而成，封頭壁厚為 30mm，採用 0Cr18Ni9Ti板材衝壓成形後拼焊的工藝製成。球面封頭上開19 個通光孔，每個通光孔上垂直固定一個氙燈單元。球面封頭與水冷卻錐形遮光筒相接，錐形遮光筒入光孔為φ3664mm，出光孔為φ2000mm。
氙燈的冷卻採用循環高壓冷卻水，陽極入口最大壓力為 1.7MPa，額定工作壓力為 0.952MPa，陽極與陰極串聯冷卻方式，最大流量為 22.7L/min，最小流量為 18.925L/min。氙燈冷卻水的熱負荷為261kW。聚光鏡和遮光筒的冷卻採用循環低壓冷卻水，其熱負荷為 24kW。
水冷擋板放在錐形遮光筒的上面，被燈室支架支撐水平放置。水冷卻檔板分成兩片可在水平
面上左右移動。由於水冷擋板關閉時，需承受熱負荷，因此採用水冷卻。
組件
為保證 25kW 氙燈在近似於垂直方向上點燃，需要設計一個平面反射鏡組件來改變光線的方向。該組件由反射鏡座和 15塊 547mm×482mm反射鏡單元組成，平面反射鏡單元之間要保持一定間隙。用這 15 塊反射鏡單元拼接成 1647mm×2422mm 的平面反射鏡。反射鏡單元採用 LF5 型鋁製造，鏡面採用金剛石車削達到所要求光潔度後真空鍍鋁、鍍 SiO2保護膜，平面反射鏡表面反射率≤86%，光圈 N ≤5、局部光圈∆N ≤1。
每塊平面反射鏡單元需有調節機構，並採用水冷卻，共帶走 16.471kW 的熱負荷。平面反射鏡法線與聚光鏡主光軸夾角為 45°±0.5′ 放置在一個方箱中。方箱的體積為 2320mm×2290mm× 2390mm，方箱垂直聚光鏡主光軸面有φ1900mm的進光孔，方箱垂直光學積分器光軸面有φ1100mm的出光孔。
4.3 光學積分器機械結構
根據光學系統計算要求，光學積分器位於真空密封視窗鏡和轉向平面反射鏡之間。光學積分器投影鏡距視窗鏡距離為 150mm，光學積分器有效通光口徑為φ694mm，光學積分器有 55個光學通道，每個光學通道由 1 對投影元素透鏡和場鏡元素組成，投影元素透鏡焦距為 161.02mm，55 個投影元素透鏡和場鏡元素透鏡按蜂巢狀排列。光學積分器機械結構最大外圓尺寸為φ=0.8229m。 光學積分器機械結構由場鏡框架和投影鏡框架組成。場鏡框架用無氧銅製造，框架面上鏜出55 個φ82.29mm 的通光孔，每個通光孔內鑲嵌一個場鏡元素透鏡。投影鏡框架用不鏽鋼製造，框架面上同樣也鏜出 55 個φ82.29mm 的通光孔，每個通光孔內鑲嵌一個投影鏡元素透鏡。元素透鏡之間有水冷卻管道。場鏡框架和投影鏡框架用 4 個導向桿平行同心聯接，場鏡框架和投影鏡框架通光孔的不平行度和不同心度均小於 0.1mm。場鏡框架和投影鏡框架之間的距離可以調節。 光學積分器的熱負荷由 4 部分組成，總計熱負荷為 41.83kW，其中鏡框負荷 6.056kW、場鏡熱負荷 1.83kW、透影鏡熱負荷 1.72kW 和光筒表面熱負荷 32.22kW。為此設計了水冷卻系統和氣氮冷卻系統。水冷卻系統有兩個獨立的水流通道：一個冷卻通道冷卻場鏡框架，分 8 條細冷卻通道通過場鏡元素透鏡間隙，再匯合成一個冷卻通道流出；另一個冷卻通道冷卻投影鏡框架，也分 8條細冷卻通道通過投影鏡元素透鏡間隙，再匯合成一個冷卻通道流出。氣氮冷卻系統進氣口和出氣口設計在光學積分器支架筒體上，氣氮冷卻進氣口分成 3 個小的進氣口，分別冷卻場鏡元素透鏡表面、投影鏡元素透鏡表面和場鏡、投影鏡框架達到強制對流換熱的目的。氣氮冷卻出氣口直徑為φ250mm，3 個小的進氣口的面積之和與φ250mm 直徑的進氣口的面積相當。為減少熱負荷，面向燈室方向的場鏡框架表面鍍黃金反射膜。
4.4 光學視窗設計
KM6太陽模擬器採用離軸準直光學系統，φ6800mm 大口徑準直鏡放在副筒體中，光源、燈室及光學積分器位於真空容器外部（見圖 5）。所設計的光學視窗鏡位於副筒體錐形筒的端部，擔負將光輻射引進真空室和真空密封的雙重作用。光學設計要求該光學視窗鏡的有效通光口徑不小於φ850mm，最大熱負荷為 4.56kW、工作壽命 5000h。視窗透鏡外形尺寸為：外徑 D=932mm，有效通光口徑 D0=850mm，厚度 h=90mm，視窗鏡安裝採用吊帶結構，吊帶起定位作用，當容器抽真空時，靠大氣壓力，將視窗固定在錐形筒端部法蘭密封圈上起到密封視窗的作用。吊帶材料應具有良好的強度和剛度，能夠滿足彈性裝夾機構的要求，為此選擇了寬 90mm、厚 1mm 的1Cr18Ni0Ti 不鏽鋼帶。
4.5 準直鏡結構設計
準直鏡系統由 121 個鏡片及調節機構、整鏡框架與支承機構組成（見圖 6）。為研製有效口徑為 φ6800mm 的反射鏡，選用整鏡結構是難以實現的，吸取了國際上研製大口徑準直鏡的經驗，選擇了拼接式準直鏡方案，將準直鏡設計成由 109片整個正六邊形和 12 片半個正六邊形元素鏡片而成。這樣將研製大口徑準直鏡問題演變成研製多塊小口徑準直鏡問題，使準直鏡成形、車削和鍍膜等工藝都變得容易實現，既縮短了研製周期，也能節約經費。設計的準直鏡單元由正六邊形球 面反射鏡、多維調節機構組成。調節機構包含軸向調節、萬向擺動和旋轉調節機構。最終，由 121個單元拼成大準直鏡。
準直鏡架是用防鏽鋁 LF6 焊成 12 邊形框架，並採用同樣材料焊成 12 個格柵，又將這些格柵與框線焊成一個整體。每個格柵上有 3 個固定準直單元鏡用的支撐塊。整個準直鏡框架用支承機構將其固定在副筒體內。支承機構由上下垂軸、水平支桿和斜吊鋼絲繩組成。上下垂軸可以用來調節準直鏡離軸角。斜吊鋼絲繩除實現吊掛準直鏡的作用外，還可以消除溫度變形產生的應力。水平支桿除起支撐作用外，還可以完成準直鏡的調節和定位鎖定。準直反射鏡的熱負荷為 8.5kW，設計時採用液氮冷屏輻射致冷方法帶走熱量。為防止開罐時鏡面結露，準直鏡有加熱升溫裝置。
4.6 有限元分析
結構設計時對準直鏡框架、光學積分器機械結構等關鍵結構件的剛性和應力分布做了有限元分析，並根據有限元分析結果對設計進行最佳化，滿足了關鍵結構件的剛性要求。
控制系統
太陽模擬器控制系統由以下 3個子系統組成：冷卻和氙燈觸發控制子系統，電源管理和輻照度控制子系統，準直鏡和輻照感測器溫度控制子系統。
系統分為 3 個層次：第 1 層為感測器和執行元件層；第 2 層為控制儀器儀表層，主要設備有PLC、電源、數采儀表、溫度控制器等；第 3 層為圖形界面人機接口層，由冷卻控制計算機、電源管理和輻照度控制計算機、準直鏡和輻照感測器控溫計算機等組成。
控制系統的通訊採用工業乙太網方式，部分採用 IEEE 488、RS-485 接口的儀器儀表，通過轉換網關聯到工業乙太網。
5.1 冷卻和氙燈觸發控制子系統
該系統由控制計算機、PLC、控制台、氙燈觸發器、各流程的測量感測器及其控制執行元件
組成，系統框圖見圖 7。控制計算機運行狀態軟體對 PLC 進行控制參數設定、運行狀態監視和數據記錄，發現異常立即報警。
控制台安裝顯示儀表和手動/自動操作器，實現對高壓水系統、低壓水系統、低壓氮氣系統、製冷系統和去離子水系統的控制。
5.2 電源管理和光輻照度控制子系統
該系統由控制計算機、電源、配線系統、數據採集儀表、光輻照測量感測器組成。系統框圖見圖 8。
控制計算機運行控制程式負責電源的管理、記錄氙燈點燃時間、電源輸出數據、對電源狀態進行監視、發現異常進行報警，同時對輻照度進行測量，根據光強信號，調整電源的輸出，來實現光強的自動控制。
氙燈電源採用大功率程控開關電源，單台 30kW功率，程控電源具有恆流工作模式，可以根據控制計算機的命令，自動控制輸出電流的強度和穩定性。電源的內部輸出鎖定功能對電源控制具有最高優先權，利用該功能來實現氙燈保護，冷卻系統控制 PLC 給出的冷卻正常信號有效，電源才能夠輸出，一旦冷卻系統發生故障，控制 PLC 給出的冷卻正常信號消失，電源會立即關閉輸出。
輻照度採用輻照感測器進行相對測量，輸出為 0~1V 的電壓信號，信號引出到容器外，通過數字多用表輸入到控制計算機。控制程式每 10s對輻照度測量信號進行一次採樣，計算出輻照度和輻照不穩定度並進行顯示和存儲，同時控制程式還根據輻照度實際值與設定值的偏差，調整電源輸出電流值並驅動電源輸出，實現閉環的輻照度定值控制。程控電源本身也是輻照度控制的關鍵環節，利用程控電源本身的恆流輸出功能，可以確保電源輸出電流值的精確和穩定，進而確保氙燈發光的穩定。這種電流反饋與輻照度反饋組成的兩級反饋閉環控制系統，既可以實現輻照不穩定度的控制，也可以實現輻照度的控制和調整。
5.3 準直鏡溫度控制子系統
準直鏡系統建成後，無論太陽模擬器系統運行與否，只要 KM6 系統開機運行，就需要對準直鏡進行溫度控制，以避免對光學鏡面造成污染，因此，準直鏡控溫系統應設計成可以相對獨立運行的子系統，以保證在需要時對準直鏡進行控溫，而不必啟動全部太陽模擬器的控制系統。
準直鏡溫度採用冷背景輻射降溫和電加熱的方法進行控制。採用交流電源加熱的單迴路溫度
控制方案，系統以溫度控制器為核心，每一個準直鏡單元形成一個閉環控制迴路。溫度控制器測量控制迴路的當前溫度，然後根據一定的控制算法，計算出每一控制迴路的輸出，來調整加熱功率的大小，實現閉環的定點溫度控制。用控制計算機與溫度控制器實現目標溫度的設定、溫度監視報警和控制參數的自整定等。
冷卻系統
6.1 高壓水冷卻系統
高壓水冷卻系統用於冷卻 19 支 20kW 氙燈陰陽極、聚光鏡以及高頻變壓器，要求氙燈流量為 1.8m3/h，進口溫度為 22℃，進口壓力為 20×105 Pa，電導率<50μS/cm，水過濾粒徑<10μm。高壓水冷卻系統採用密閉循環系統，由高壓主泵、備份泵、換熱器、過濾器、分水器、集水器、離子交換器和水箱等組成。系統壓力和流量由水泵提供；氙燈陰陽極通過換熱器的冷量實現冷卻；過濾器保證了冷卻水<10μm；離子交換器用於保證冷卻水電導率<50μS/cm；水箱用於系統穩壓和水泵啟動時的供水。
6.2 低壓水冷卻系統
低壓水冷卻系統採用去離子水冷卻光筒、水冷擋板、平面反射鏡和積分器等光學組件，要求總水流量為 13.5m3/h，其中：光筒 1.9 m3/h、水冷擋板 5.8 m3/h、平面反射鏡 3.2 m3/h、積分器 2.6 m3/h、進口溫度為 22℃，進口壓力為 4×105 Pa。低壓水冷卻系統採用密閉循環系統，由低壓主泵、備份泵、換熱器、過濾器、分水器、集水器和水箱等組成。系統壓力和流量由水泵提供；燈室和積分器通過換熱器的冷量實現冷卻；過濾器保證冷卻水過濾粒徑<10 μm；水箱用於系統穩壓和水泵啟動時的供水。
6.3 低壓氮氣冷卻系統
採用氮氣冷卻氙燈泡殼、積分器場鏡和投影鏡。要求氮氣流量為 9000m3/h，進口溫度為 20℃，燈室壓力低於 2000Pa（表壓），氮氣過濾達到 EU7標準，開機點燈前具有氮氣對燈室進行沖洗的功能。系統採用密閉循環系統，由氮氣源系統提供氣源，經調節閥減壓後進入流程，進氣管路上配有調節閥，以調節進入系統的氮氣流量。氮氣經風機加壓後通過熱交換器與冷卻水進行熱量交換，使其溫度降低到設計要求值，然後經過氮氣
過濾器過濾後通入光學設備。積分器與燈室的氮氣冷卻迴路串聯，經過過濾器過濾後滿足等級要求的氮氣首先進入積分器，積分器氮氣出口與燈室氮氣入口以管路串聯，由積分器流出的氮氣經過燈室，再返回系統主管路。
另外，製冷系統採用氟利昂冷水機組為太陽模擬器提供冷源，去離子水系統給高壓水冷卻系統、低壓水冷卻系統和製冷系統提供去離子水。
裝校系統
KM6 太陽模擬器裝校系統設計，由氙燈單元組件裝校裝置設計和太陽模擬器準直系統裝校裝置設計兩部分組成。 氙燈單元組件裝校裝置用來檢測氙燈單元組件裝校是否滿足設計要求，再利用氙燈單元組件安裝機構將 19 個檢測合格的氙燈單元組件安裝到燈室球面封頭上。太陽模擬器準直系統裝校裝置是依據雷射球面自校準原理設計的，用來裝校太陽模擬器大口徑拼接準直鏡使之滿足設計要求。
輻照測試儀
為了測量 KM6 太陽模擬器輻照面和空間的輻照均勻性，設計了輻照均勻性測試儀。可在 x-y平面內連續掃描，測量 5000mm×5000mm 範圍內的輻照度並計算出面輻照均勻性。測試儀可沿z 向移動 4m，測量出體輻照均勻性。該測試儀採用溫控矽光電池為探測器，計算機控制掃描、數采，具有繪製列印輻照均勻性分布圖的功能。
結束語
KM6太陽模擬器是 KM6 載人空間環境模擬試驗設備的分系統，因沒能與真空容器主系統同期研製，太陽模擬器的最佳化設計、光學設計、光學裝校等受到了已建成設備和基建的約束，增加了研製的難度。在研製大型空間環境模擬設備中，國內外專家總結出一個重要的經驗，就是由於太陽模擬器結構複雜，應首先優選光學系統方案，再確定空間環境模擬設備的總體結構方案。這一經驗在研製過程中應努力去實現。
