National Aeronautics And Space Administration - link to http://www.nasa.gov   +Home
+Sitemap
+Feedback


 
Ames Research Center - Link to home
    NASA Ames Research Center Space Technology Division Thermal Protection Materials and Systems >   Hypervelocity reentries
 


Logo of Reentry Program Home (News) Genesis SRC Entry Stardust SRC Entry Hayabusa SRC Entry Natural Fireballs Thermal Protection Mission images Science Results Media


Echelle Spectrograph


Instrument P.I.: Peter Jenniskens, SETI Institute.


The information below will be updated as more precise data is received.

Technique: High-resolution Echelle spectroscopy, whereby the spectral range (360 - 900 nm) is folded into shorter segments and projected on a CCD camera for simultaneous exposure.

Scientific objective: Spectral resolution of shock layer radiation. Resolve spectral lines of air plasma emissions at optical wavelengths for the measurement of excitation temperatures. Provide highest possible spectral resolution.

Echelle Instrument: This instrument consists of a 100 mm f4.5 UV Nikkor lens and Catalina Scientific Corp. "Echellette" Spectrograph with Visible Module or UV Module coupled to a Q-Imaging "Intensified Retiga" blue-enhanced image intensified CCD camera.

Heritage: The miniature Echelle spectrograph was deployed before in slit-mode with a rapid pointing device called "AIMIT", but is now setup in slit-less mode to permit manual pointing by means of a co-aligned widefield (30-40 degree) low-light level CCD camera and video headset display.

Aircraft hardware requirements: Ballmount gimble at window. Electric power outlet at window. Stowbox. No rack.

Instrument validation tests: Spectral response and resolution measured from calibration lamps. Sensitivity measured to natural point sources (Mars and Venus). Both were detected, Stardust SRC entry expected to be brighter. Motion blurring was tested and found neglegible for exposure time of 27 msec, noticeable but not problematic for 50 msec exposure time. Visible Module has about twice the order separation than the UV Module, permitting more motion blurring. Was successfully pointed to airplanes in the sky.

Sensitivity: Obtains a signal-to-noise of (1 sigma) 7.9 at 777 nm in a 27 msec exposure on the planet Mars (V = -2.2 magnitude) in 2x2 binning using UV module. Signal-to-noise varies periodically along the spectrum due to blaze.

Dynamic range: 12-bit (factor 4096).

Frame rate and exposure times: 20-50 milli-seconds exposure time per frame. Up to 10 frames/s (1x1 binning) for 10 seconds of data or up to 40 frames/s (2x2 binning) for 40 seconds maximum memory capacity.

Spectral resolution - gives the FWHM of an instrument-broadened unresolved atomic spectral line:
0.3 nm on average - slightly larger towards red, smaller towards blue. Measured on nearby calibration lamp "point" source (resolved, so upper limit only). Visible Module (factory value: 0.46 nm): 0.44 nm at 866 nm, 0.44 nm at 579 nm, 0.34 nm at 404 nm, 0.35 nm at 366 nm, 0.20 nm at 297 nm. UV Module factory value: 0.14 nm, but periodic gaps in spectrum above 600 nm where orders are wider than the photocathode of the intensified camera.

Relative spectral response - gives the wavelength dependence of the combined system (window, lens, spectrograph, and CCD camera). The Quantum Efficiency of the system depends somewhat on the angle of viewing through the window (near-UV cut-off) and the choice of gain settings on the CCD and intensifier:

Echelle response curve

wavelength:  Quantum Efficiency: 
   (nm)     (fraction) 
360.0	0.0194
361.0	0.0245
362.0	0.0289
363.0	0.0333
364.0	0.0376
365.0	0.0418
366.0	0.0459
367.0	0.0499
368.0	0.0538
369.0	0.0576
370.0	0.0614
371.0	0.0650
372.0	0.0686
373.0	0.0721
374.0	0.0755
375.0	0.0788
376.0	0.0820
377.0	0.0851
378.0	0.0882
379.0	0.0911
380.0	0.0940
381.0	0.0968
382.0	0.0995
383.0	0.1021
384.0	0.1046
385.0	0.1070
386.0	0.1094
387.0	0.1116
388.0	0.1138
389.0	0.1159
390.0	0.1179
391.0	0.1198
392.0	0.1216
393.0	0.1233
394.0	0.1249
395.0	0.1265
396.0	0.1279
397.0	0.1293
398.0	0.1306
399.0	0.1318
400.0	0.1366
401.0	0.1368
402.0	0.1369
403.0	0.1370
404.0	0.1372
405.0	0.1374
406.0	0.1375
407.0	0.1377
408.0	0.1377
409.0	0.1377
410.0	0.1377
411.0	0.1377
412.0	0.1376
413.0	0.1375
414.0	0.1373
415.0	0.1372
416.0	0.1370
417.0	0.1367
418.0	0.1365
419.0	0.1362
420.0	0.1359
421.0	0.1356
422.0	0.1369
423.0	0.1364
424.0	0.1359
425.0	0.1355
426.0	0.1350
427.0	0.1346
428.0	0.1341
429.0	0.1337
430.0	0.1333
431.0	0.1329
432.0	0.1325
433.0	0.1321
434.0	0.1317
435.0	0.1314
436.0	0.1310
437.0	0.1307
438.0	0.1304
439.0	0.1301
440.0	0.1298
441.0	0.1295
442.0	0.1292
443.0	0.1289
444.0	0.1286
445.0	0.1284
446.0	0.1282
447.0	0.1279
448.0	0.1277
449.0	0.1275
450.0	0.1273
451.0	0.1271
452.0	0.1270
453.0	0.1268
454.0	0.1266
455.0	0.1265
456.0	0.1264
457.0	0.1262
458.0	0.1261
459.0	0.1260
460.0	0.1259
461.0	0.1259
462.0	0.1258
463.0	0.1257
464.0	0.1257
465.0	0.1257
466.0	0.1256
467.0	0.1256
468.0	0.1256
469.0	0.1256
470.0	0.1256
471.0	0.1256
472.0	0.1257
473.0	0.1257
474.0	0.1257
475.0	0.1258
476.0	0.1259
477.0	0.1260
478.0	0.1260
479.0	0.1261
480.0	0.1262
481.0	0.1263
482.0	0.1265
483.0	0.1266
484.0	0.1267
485.0	0.1269
486.0	0.1270
487.0	0.1272
488.0	0.1274
489.0	0.1276
490.0	0.1277
491.0	0.1279
492.0	0.1281
493.0	0.1284
494.0	0.1286
495.0	0.1288
496.0	0.1290
497.0	0.1293
498.0	0.1295
499.0	0.1298
500.0	0.1300
501.0	0.1303
502.0	0.1306
503.0	0.1309
504.0	0.1312
505.0	0.1315
506.0	0.1318
507.0	0.1321
508.0	0.1324
509.0	0.1327
510.0	0.1330
511.0	0.1333
512.0	0.1337
513.0	0.1340
514.0	0.1344
515.0	0.1347
516.0	0.1351
517.0	0.1354
518.0	0.1358
519.0	0.1362
520.0	0.1365
521.0	0.1369
522.0	0.1373
523.0	0.1377
524.0	0.1381
525.0	0.1384
526.0	0.1388
527.0	0.1392
528.0	0.1396
529.0	0.1400
530.0	0.1404
531.0	0.1408
532.0	0.1412
533.0	0.1417
534.0	0.1421
535.0	0.1425
536.0	0.1429
537.0	0.1433
538.0	0.1437
539.0	0.1441
540.0	0.1446
541.0	0.1450
542.0	0.1454
543.0	0.1458
544.0	0.1462
545.0	0.1466
546.0	0.1471
547.0	0.1475
548.0	0.1479
549.0	0.1483
550.0	0.1487
551.0	0.1491
552.0	0.1495
553.0	0.1499
554.0	0.1503
555.0	0.1507
556.0	0.1511
557.0	0.1515
558.0	0.1519
559.0	0.1523
560.0	0.1527
561.0	0.1530
562.0	0.1534
563.0	0.1538
564.0	0.1542
565.0	0.1545
566.0	0.1549
567.0	0.1552
568.0	0.1556
569.0	0.1559
570.0	0.1562
571.0	0.1565
572.0	0.1569
573.0	0.1572
574.0	0.1575
575.0	0.1578
576.0	0.1581
577.0	0.1583
578.0	0.1586
579.0	0.1589
580.0	0.1591
581.0	0.1594
582.0	0.1596
583.0	0.1598
584.0	0.1600
585.0	0.1602
586.0	0.1604
587.0	0.1606
588.0	0.1608
589.0	0.1609
590.0	0.1611
591.0	0.1612
592.0	0.1613
593.0	0.1614
594.0	0.1615
595.0	0.1616
596.0	0.1617
597.0	0.1617
598.0	0.1618
599.0	0.1618
600.0	0.1617
601.0	0.1619
602.0	0.1618
603.0	0.1617
604.0	0.1616
605.0	0.1615
606.0	0.1614
607.0	0.1613
608.0	0.1611
609.0	0.1609
610.0	0.1607
611.0	0.1605
612.0	0.1603
613.0	0.1600
614.0	0.1598
615.0	0.1594
616.0	0.1590
617.0	0.1587
618.0	0.1583
619.0	0.1580
620.0	0.1577
621.0	0.1574
622.0	0.1571
623.0	0.1568
624.0	0.1565
625.0	0.1562
626.0	0.1559
627.0	0.1557
628.0	0.1554
629.0	0.1552
630.0	0.1549
631.0	0.1547
632.0	0.1544
633.0	0.1542
634.0	0.1540
635.0	0.1538
636.0	0.1536
637.0	0.1534
638.0	0.1532
639.0	0.1530
640.0	0.1528
641.0	0.1527
642.0	0.1525
643.0	0.1523
644.0	0.1522
645.0	0.1520
646.0	0.1519
647.0	0.1517
648.0	0.1516
649.0	0.1515
650.0	0.1513
651.0	0.1512
652.0	0.1511
653.0	0.1510
654.0	0.1509
655.0	0.1507
656.0	0.1506
657.0	0.1505
658.0	0.1504
659.0	0.1503
660.0	0.1503
661.0	0.1502
662.0	0.1501
663.0	0.1500
664.0	0.1499
665.0	0.1498
666.0	0.1498
667.0	0.1497
668.0	0.1496
669.0	0.1496
670.0	0.1495
671.0	0.1494
672.0	0.1494
673.0	0.1493
674.0	0.1492
675.0	0.1492
676.0	0.1491
677.0	0.1491
678.0	0.1490
679.0	0.1489
680.0	0.1489
681.0	0.1488
682.0	0.1488
683.0	0.1488
684.0	0.1487
685.0	0.1486
686.0	0.1485
687.0	0.1484
688.0	0.1482
689.0	0.1480
690.0	0.1479
691.0	0.1477
692.0	0.1474
693.0	0.1472
694.0	0.1470
695.0	0.1467
696.0	0.1465
697.0	0.1462
698.0	0.1459
699.0	0.1456
700.0	0.1453
701.0	0.1449
702.0	0.1446
703.0	0.1443
704.0	0.1439
705.0	0.1436
706.0	0.1432
707.0	0.1429
708.0	0.1425
709.0	0.1421
710.0	0.1417
711.0	0.1413
712.0	0.1410
713.0	0.1406
714.0	0.1402
715.0	0.1398
716.0	0.1394
717.0	0.1390
718.0	0.1385
719.0	0.1381
720.0	0.1377
721.0	0.1373
722.0	0.1369
723.0	0.1365
724.0	0.1361
725.0	0.1357
726.0	0.1353
727.0	0.1348
728.0	0.1344
729.0	0.1340
730.0	0.1336
731.0	0.1332
732.0	0.1328
733.0	0.1324
734.0	0.1320
735.0	0.1316
736.0	0.1312
737.0	0.1308
738.0	0.1304
739.0	0.1300
740.0	0.1296
741.0	0.1293
742.0	0.1289
743.0	0.1285
744.0	0.1281
745.0	0.1278
746.0	0.1274
747.0	0.1270
748.0	0.1266
749.0	0.1263
750.0	0.1259
751.0	0.1256
752.0	0.1252
753.0	0.1249
754.0	0.1245
755.0	0.1242
756.0	0.1238
757.0	0.1235
758.0	0.1232
759.0	0.1228
760.0	0.1225
761.0	0.1222
762.0	0.1218
763.0	0.1215
764.0	0.1212
765.0	0.1209
766.0	0.1206
767.0	0.1203
768.0	0.1199
769.0	0.1196
770.0	0.1193
771.0	0.1190
772.0	0.1187
773.0	0.1184
774.0	0.1181
775.0	0.1178
776.0	0.1175
777.0	0.1172
778.0	0.1169
779.0	0.1166
780.0	0.1163
781.0	0.1160
782.0	0.1157
783.0	0.1154
784.0	0.1151
785.0	0.1148
786.0	0.1145
787.0	0.1141
788.0	0.1138
789.0	0.1135
790.0	0.1132
791.0	0.1129
792.0	0.1126
793.0	0.1123
794.0	0.1119
795.0	0.1116
796.0	0.1113
797.0	0.1110
798.0	0.1106
799.0	0.1103
800.0	0.1099
801.0	0.1096
802.0	0.1092
803.0	0.1089
804.0	0.1085
805.0	0.1082
806.0	0.1078
807.0	0.1074
808.0	0.1070
809.0	0.1066
810.0	0.1062
811.0	0.1058
812.0	0.1054
813.0	0.1050
814.0	0.1046
815.0	0.1042
816.0	0.1037
817.0	0.1033
818.0	0.1028
819.0	0.1024
820.0	0.1019
821.0	0.1014
822.0	0.1009
823.0	0.1004
824.0	0.0999
825.0	0.0994
826.0	0.0989
827.0	0.0984
828.0	0.0978
829.0	0.0973
830.0	0.0967
831.0	0.0961
832.0	0.0955
833.0	0.0949
834.0	0.0943
835.0	0.0937
836.0	0.0931
837.0	0.0924
838.0	0.0918
839.0	0.0911
840.0	0.0905
841.0	0.0891
842.0	0.0878
843.0	0.0865
844.0	0.0852
845.0	0.0839
846.0	0.0827
847.0	0.0814
848.0	0.0802
849.0	0.0790
850.0	0.0779
851.0	0.0767
852.0	0.0756
853.0	0.0745
854.0	0.0734
855.0	0.0723
856.0	0.0712
857.0	0.0702
858.0	0.0692
859.0	0.0681
860.0	0.0671
861.0	0.0662
862.0	0.0652
863.0	0.0642
864.0	0.0633
865.0	0.0623
866.0	0.0614
867.0	0.0605
868.0	0.0596
869.0	0.0587
870.0	0.0578
871.0	0.0569
872.0	0.0560
873.0	0.0552
874.0	0.0543
875.0	0.0534
876.0	0.0526
877.0	0.0518
878.0	0.0509
879.0	0.0501
880.0	0.0492
881.0	0.0484
882.0	0.0476
883.0	0.0468
884.0	0.0459
885.0	0.0451
886.0	0.0443
887.0	0.0434
888.0	0.0426
889.0	0.0418
890.0	0.0409
891.0	0.0401
892.0	0.0393
893.0	0.0384
894.0	0.0376
895.0	0.0367
896.0	0.0359
897.0	0.0350
898.0	0.0341
899.0	0.0332
900.0	0.0323
901.0	0.0314
902.0	0.0305
903.0	0.0296
904.0	0.0287
905.0	0.0277
906.0	0.0268
907.0	0.0258
908.0	0.0249
909.0	0.0239
910.0	0.0229
911.0	0.0218
912.0	0.0208
913.0	0.0198
914.0	0.0187
915.0	0.0176
916.0	0.0165
917.0	0.0154
918.0	0.0143
919.0	0.0131
920.0	0.0120
921.0	0.0108
922.0	0.0096
923.0	0.0083