张景川, 杨晓宁, 王 晶, 崔寒茵, 李 超

(1.北京卫星环境工程研究所，北京 100094；2.中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室，北京 100190)

火星探测是深空探测的热点，对火星大气和气候、空间环境和地貌等问题的研究是火星探测的重要内容[1-2]。未来火星探测器将携带多类型声传感器载荷，用于开展火星探测科学任务。NASA的Mars2020 Rover预计携带1个被动声传感记录仪[3]，用于监听火星可能存在的声音信号(沙尘暴、放电、环境噪声等)； Banfield[4]提出主动声传感器可用于未来火星任务，测量火星风速、地形、探测软地层和前方避障，保障火星探测器安全；Lin等[5-6]从2015年开始逐步开展火星声音记录、超声避障及其超声风速仪研究。

理论上认为只要有气体介质存在，就会有声波传播，然而，火星表面大气环境与地球不一致，大气成分主要是CO2，风速0 m/s～15 m/s，压力范围600 Pa～1 000 Pa[7-8]，声波在火星大气中传播的性质将发生变化。Williams[9]、Bass和Chambers[10]、Petculescu等[11]分别从多个大气声学简化模型出发，用不同数值模拟方法分析了声波在低压、CO2气体中的声速和声衰减等特性。

为了分析超声传感技术在火星探测、预警等方面的应用可行性，亟需开展低气压CO2环境中超声波传播特性及传播可行性研究。光纤法珀 (Fabry-Perot, F-P)传感器灵敏度高，不受电磁干扰和低气压放电[12]的影响，是一种准确、有效的在线振动监测传感器[13-14]。本文搭建了一套低气压气体超声声速测量试验系统，基于光纤F-P振动传感器开展了不同气体成分(空气、CO2)、压力范围600 Pa～1 MPa、不同距离下中心频率分别为21 kHz,25 kHz,34 kHz与40 kHz的高精度超声声速测量试验，获得了CO2气体600 Pa低气压环境下声速数据，并对试验结果进行了分析。……