Space Science Reviews

, Volume 170, Issue 1, pp 95–166

The ChemCam Instrument Suite on the Mars Science Laboratory (MSL) Rover: Science Objectives and Mast Unit Description

Authors

    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • R. C. Wiens
    • Los Alamos National Laboratory
  • M. Saccoccio
    • Centre National d’Etudes Spatiales
  • B. Barraclough
    • Los Alamos National Laboratory
  • O. Gasnault
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • O. Forni
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • N. Mangold
    • Laboratoire de Planétologie et GéodynamiqueUniversité Nantes-CNRS
  • D. Baratoux
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • S. Bender
    • Los Alamos National Laboratory
  • G. Berger
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • J. Bernardin
    • Los Alamos National Laboratory
  • M. Berthé
    • Institut d’Astrophysique SpatialeUniversité Paris Sud & CNRS
  • N. Bridges
    • Applied Physics LaboratoryJohns Hopkins University
  • D. Blaney
    • Jet Propulsion LaboratoryCalifornia Institute of Technology
  • M. Bouyé
    • Groupe d’Instrumentation ScientifiqueObservatoire Midi-Pyrénées
  • P. Caïs
    • Laboratoire d’Astrophysique de BordeauxUniv. Bordeaux, CNRS
  • B. Clark
    • Space Science Institute
  • S. Clegg
    • Los Alamos National Laboratory
  • A. Cousin
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • D. Cremers
    • Applied Research Associates
  • A. Cros
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • L. DeFlores
    • Jet Propulsion LaboratoryCalifornia Institute of Technology
  • C. Derycke
    • Thalès Optronique Sa
  • B. Dingler
    • Los Alamos National Laboratory
  • G. Dromart
    • Laboratoire de Géologie de LyonUniversité de Lyon-ENS de Lyon
  • B. Dubois
    • Groupe d’Instrumentation ScientifiqueObservatoire Midi-Pyrénées
  • M. Dupieux
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • E. Durand
    • Thalès Optronique Sa
  • L. d’Uston
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • C. Fabre
    • Géologie et Gestion des Ressources Minérales et énergétiquesUniv. Lorraine-CNRS
  • B. Faure
    • Centre National d’Etudes Spatiales
  • A. Gaboriaud
    • Centre National d’Etudes Spatiales
  • T. Gharsa
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • K. Herkenhoff
    • U.S. Geological SurveyAstrogeology Science Center
  • E. Kan
    • Jet Propulsion LaboratoryCalifornia Institute of Technology
  • L. Kirkland
    • Lunar and Planetary Institute
  • D. Kouach
    • Groupe d’Instrumentation ScientifiqueObservatoire Midi-Pyrénées
  • J.-L. Lacour
    • Department of Physical ChemistryCEA, DEN
  • Y. Langevin
    • Institut d’Astrophysique SpatialeUniversité Paris Sud & CNRS
  • J. Lasue
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
    • Los Alamos National Laboratory
  • S. Le Mouélic
    • Laboratoire de Planétologie et GéodynamiqueUniversité Nantes-CNRS
  • M. Lescure
    • Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des SystèmesCNRS
  • E. Lewin
    • Institut des Sciences de la TerreUniversité Grenoble 1-CNRS
  • D. Limonadi
    • Jet Propulsion LaboratoryCalifornia Institute of Technology
  • G. Manhès
    • Institut de Physique du Globe
  • P. Mauchien
    • Department of Physical ChemistryCEA, DEN
  • C. McKay
    • NASA Ames Research Center
  • P.-Y. Meslin
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • Y. Michel
    • Centre National d’Etudes Spatiales
  • E. Miller
    • Jet Propulsion LaboratoryCalifornia Institute of Technology
  • H. E. Newsom
    • University of New Mexico
  • G. Orttner
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • A. Paillet
    • Centre National d’Etudes Spatiales
  • L. Parès
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • Y. Parot
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • R. Pérez
    • Centre National d’Etudes Spatiales
  • P. Pinet
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • F. Poitrasson
    • Géosciences Environnement ToulouseCNRS
  • B. Quertier
    • Laboratoire d’Astrophysique de BordeauxUniv. Bordeaux, CNRS
  • B. Sallé
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
    • Department of Physical ChemistryCEA, DEN
  • C. Sotin
    • Laboratoire de Planétologie et GéodynamiqueUniversité Nantes-CNRS
    • Jet Propulsion LaboratoryCalifornia Institute of Technology
  • V. Sautter
    • Lab. de Minéralogie et Cosmochimie, CNRSMuseum National d’Histoire Naturelle
  • H. Séran
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • J. J. Simmonds
    • Jet Propulsion LaboratoryCalifornia Institute of Technology
  • J.-B. Sirven
    • Department of Physical ChemistryCEA, DEN
  • R. Stiglich
    • Los Alamos National Laboratory
  • N. Striebig
    • Groupe d’Instrumentation ScientifiqueObservatoire Midi-Pyrénées
  • J.-J. Thocaven
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • M. J. Toplis
    • Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieUniv. Paul Sabatier-CNRS-Obs. Midi-Pyrénées
  • D. Vaniman
    • Los Alamos National Laboratory
    • Planetary Science Institute
Article

DOI: 10.1007/s11214-012-9912-2

Cite this article as:
Maurice, S., Wiens, R.C., Saccoccio, M. et al. Space Sci Rev (2012) 170: 95. doi:10.1007/s11214-012-9912-2

Abstract

ChemCam is a remote sensing instrument suite on board the “Curiosity” rover (NASA) that uses Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) to provide the elemental composition of soils and rocks at the surface of Mars from a distance of 1.3 to 7 m, and a telescopic imager to return high resolution context and micro-images at distances greater than 1.16 m. We describe five analytical capabilities: rock classification, quantitative composition, depth profiling, context imaging, and passive spectroscopy. They serve as a toolbox to address most of the science questions at Gale crater. ChemCam consists of a Mast-Unit (laser, telescope, camera, and electronics) and a Body-Unit (spectrometers, digital processing unit, and optical demultiplexer), which are connected by an optical fiber and an electrical interface. We then report on the development, integration, and testing of the Mast-Unit, and summarize some key characteristics of ChemCam. This confirmed that nominal or better than nominal performances were achieved for critical parameters, in particular power density (>1 GW/cm2). The analysis spot diameter varies from 350 μm at 2 m to 550 μm at 7 m distance. For remote imaging, the camera field of view is 20 mrad for 1024×1024 pixels. Field tests demonstrated that the resolution (∼90 μrad) made it possible to identify laser shots on a wide variety of images. This is sufficient for visualizing laser shot pits and textures of rocks and soils. An auto-exposure capability optimizes the dynamical range of the images. Dedicated hardware and software focus the telescope, with precision that is appropriate for the LIBS and imaging depths-of-field. The light emitted by the plasma is collected and sent to the Body-Unit via a 6 m optical fiber. The companion to this paper (Wiens et al. this issue) reports on the development of the Body-Unit, on the analysis of the emitted light, and on the good match between instrument performance and science specifications.

Keywords

MarsSpectroscopyLIBSInstrumentsPlanetary surfacesChemical composition

List

ADC

Analog-to-Digital Converter

APXS

Alpha Proton X-ray Spectrometer

AZ

Azimuth (ref. Mast pointing direction)

BU

Body-Unit

CCCT

ChemCam Calibration Targets

CTF

Contrast Transfer Function

CW

Continuous Wavelength (laser)

DOF

Depth of Field

DPU

Digital Processing Unit

EBOX

Electronics Box

EL

Elevation (ref. Mast Pointing direction)

FOV

Field of View

FPGA

Field Programmable Gate Array

GSE

Ground Support Equipment

LIBS

Laser Induced Breakdown Spectroscopy

MER

Mars Exploration Rovers

MSL

Mars Science Laboratory

MTF

Modulation Transfer Function

MU

Mast-Unit

OBOX

Optical Box

R

Distance to target

RCE

Rover Compute Element (∼ rover DPU)

RMI

Remote micro-imager

ROI

Region of Interest

RWEB

Remote Warm Electronics Box

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