Arrakihs

Die Mission ist nach dem fiktiven Planeten Arrakis aus dem Science-Fiction-Roman Dune benannt.^[5] Die Bezeichnung bildet ein Backronym für „Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys“ (deutsch sinngemäß: *Analyse aufgelöster Überreste akkretierter Galaxien als Schlüsselinstrument für Halo-Durchmusterungen*).^[6]

ARRAKIHS wurde von einem internationalen Wissenschaftskonsortium vorgeschlagen, um bestehende Diskrepanzen zwischen dem theoretischen ΛCDM-Modell, der baryonischen Physik und bodengebundenen Beobachtungen von kleinskaligen Strukturen im lokalen Universum zu untersuchen.^[7][8]

Bisherige Vergleiche zwischen Beobachtungen und astrophysikalischen Modellen beschränkten sich primär auf die Galaxien der Lokalen Gruppe. ARRAKIHS soll eine statistisch signifikante Stichprobe von rund 115 lichtschwachen Galaxien in einer Entfernung von etwa 82 bis 130 Millionen Lichtjahren untersuchen. Damit wird überprüft, ob die theoretischen Abweichungen des Modells auch außerhalb unserer kosmischen Nachbarschaft fortbestehen.^[1]

Das primäre wissenschaftliche Ziel besteht darin, drei wesentliche Eigenschaften galaktischer Halos mit aktuellen Modellrechnungen zu vergleichen:^[9]

• Die Identifikation und Vermessung von Gezeitenstrukturen aus Sternen innerhalb von Halos.
• Die Struktur- und Leuchtkraftprofile der stellaren Halos von Galaxien.
• Die Massenfunktionen von Satelliten-Zwerggalaxien.

Viele dieser Zwerggalaxien weisen Anzeichen von Gezeitenstörungen auf und bilden diffuse Strukturen, während sie von ihrer Wirtsgalaxie akkretiert werden. Diese Strukturen tragen zum sogenannten Intra-Halo-Licht bei – sie bilden zunächst Sternströme und gehen nach ihrer Zerstörung in den schwachen, ausgedehnten Halo um die Galaxien über.^[8][9]

Die Beobachtungsdaten sollen bewerten helfen, ob Abweichungen im ΛCDM-Modell auf Selektionseffekte oder zu kleine Stichproben zurückzuführen sind. Sollten sich die Diskrepanzen bestätigen, deutet dies auf Lücken in den Modellen der Galaxienentstehung hin, was Modifikationen bestehender Theorien erforderlich machen könnte.^[7][4][10]

Das Teleskop wird in eine kleine Satellitenplattform mit einer Gesamtmasse von rund 600 kg integriert. Der Satellit operiert in einer sonnensynchronen, polaren niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) in einer Höhe von 800 km. Das Raumfahrzeug wird über ausklappbare Solarpaneele mit Energie versorgt sowie mit Streulichtblenden (Baffles) und thermischen Kontrollsystemen ausgestattet, um Streulicht und thermisches Rauschen zu minimieren.^[4][11][8]

ARRAKIHS ist für eine dreijährige Primärmission ausgelegt. In dieser Zeit soll eine Himmelsfläche von etwa 100 bis 160 Quadratgrad abgebildet und circa 75 Halos von Galaxien des Typs der Milchstraße beobachtet werden.^[12] Die Mission verfügt über zwei Betriebsmodi:^[13]

• Survey-Modus (Durchmusterung): Jedes wissenschaftliche Zielobjekt wird gleichzeitig in vier Spektralbändern für insgesamt 150 Stunden beobachtet. Dies erfolgt aufgeteilt in 900 Belichtungen von je 10 Minuten zu unterschiedlichen Zeiten.
• Kalibrierungsmodus: Rund 7 % der gesamten Beobachtungszeit sind für Kalibrierungsaufgaben reserviert. Dazu gehören Bias- und Pseudo-Dunkelstrom-Belichtungen, Flatfield-Korrekturen, astrometrische und photometrische Kalibrierungen sowie die laufende Überprüfung der Punktspreizfunktion (PSF).

Nach der Stabilisierung im Orbit wird das Weltraumteleskop täglich rund 11 Gigabyte (GB) an wissenschaftlichen Rohdaten zur Erde übermitteln.^[1]

Die primäre Nutzlast besteht aus einem dualen, binokularen Teleskopsystem basierend auf einem modifizierten Maksutov-Cassegrain-Design. Das System wurde vom spanischen Luft- und Raumfahrtunternehmen Satlantis entwickelt (iSIM-170-Plattform).^[14][12]

Das Gesamtsystem besteht aus vier einzelnen Teleskopen mit einer Öffnung von je 15 cm und einem Sichtfeld von 1,4°.^[1] Um die Entwicklungskosten der F-Klasse-Mission zu minimieren, nutzt das optische System technologische Komponenten, die bereits für die Weltraumteleskope CHEOPS und Euclid entworfen wurden.^[1][11][10]

Das Teleskopsystem setzt sich aus folgenden Hauptkomponenten zusammen:^[13][10]

• Teleskop- und Kameramodul: Beinhaltet die optomechanischen Baugruppen, Streulichtblenden, die Instrumentenstruktur, Fokalebenen-Baugruppen mit CMOS-Sensoren für sichtbares Licht sowie H2RG-Infrarotdetektoren sowie passive und aktive thermische Kontrollsysteme.
• Elektronikbox: Beherbergt die Steuerungs- und Datenverarbeitungseinheiten, die thermische Regulierung und die Stromverteilung.

Die Detektoren decken einen Wellenlängenbereich von 380 bis 1590 nm ab und sind durch folgende Filter spezifiziert:^[13]

• VIS-Filter (Sichtbares Licht): Operieren im optischen Wellenlängenbereich (VIS1: 280–420 nm, VIS2: 381–863 nm) unter Verwendung von zwei Teledyne e2v CIS304-Detektoren.
• NIR-Filter (Nahes Infrarot): Operieren im nahen Infrarotbereich (NIR1: 857–1255 nm, NIR2: 1168–1567 nm) unter Verwendung von zwei Teledyne H2RG-Detektoren.

Das Bodensegment umfasst die erdgebundene Infrastruktur zur Steuerung des Satelliten, zum Datenempfang, zur Verarbeitung, Archivierung und Verteilung. Die Verantwortung ist zwischen der ESA und dem ARRAKIHS-Missionskonsortium aufgeteilt.^[10]

Das *Science Ground Segment* (SGS) wird direkt von der ESA verwaltet und umfasst die ESA-Bodenstationen, das Mission Operations Centre (MOC), das Science Operations Centre (SOC) und das Langzeitarchiv:^[13]

• Das MOC steuert das Raumfahrzeug, überwacht dessen Zustand und koordiniert die Echtzeit-Operationen im Orbit.
• Das SOC plant und steuert die wissenschaftlichen Beobachtungen, erstellt Zeitpläne und verarbeitet Rohdaten bis zum Level 1.
• Das Langzeitarchiv speichert alle Daten und stellt sie über das *ESA Sky*-Framework öffentlich zur Verfügung.

Das *Instrument Operations and Science Data Center* (IOSDC) unterliegt der Verantwortung des Missionskonsortiums und steuert die Missionsplanung, den Instrumentenbetrieb (ICE-CSIC, Spanien), die Datenreduktion (Pipeline *ARRAKIHS Harvester* am CEFCA) und das Science Data Center (IFCA).^[15]

Das ARRAKIHS-Missionskonsortium (AMC) ist ein Kooperationsnetzwerk aus Forschungsinstituten und Unternehmen. Es umfasst primär Mitglieder aus Spanien, Österreich, Belgien, Schweden, der Schweiz, Norwegen, Portugal und dem Vereinigten Königreich.^[11] Die wissenschaftliche Leitung (Principal Investigator) liegt bei Rafael Guzmán vom *Instituto de Física de Cantabria* (IFCA).^[1] Es handelt sich hierbei um die erste wissenschaftliche Mission der ESA, deren Führung maßgeblich in spanischen Händen liegt.^[1]

Die Beobachtungen von ARRAKIHS werden durch Daten des Weltraumteleskops Euclid ergänzt, das dieselben Galaxien im Rahmen seiner Himmelsdurchmusterung erfasst. Die Synergien zwischen den beiden Missionen wurden im Rahmen eines Projekts des International Space Science Institute (ISSI) untersucht.^[16]

ARRAKIHS ist die zweite F-Klasse-Mission innerhalb des Cosmic Vision-Programms der ESA. Die Auswahl erfolgte am 2. November 2022.^[17] Das Konsortium hielt sein erstes Treffen im Juli 2023 in Barcelona ab. Im November 2023 bestand das Projekt das *Mission Definition Review*.^[18]

Im März 2024 schloss die Mission die Entwicklungsphase A ab.^[19] Im Januar 2025 erhielten *Added Value Solutions* (AVS) und eine Tochtergesellschaft von *Redwire* Verträge für die Designphasen des Satellitenbusses.^[20][21]

Am 10. Juni 2026 erteilte der wissenschaftliche Programmausschuss der ESA (SPC) der Mission die formelle Adoption (Missionsannahme). Damit ging das Projekt in die Implementierungs- und Bauphase (Phase C) über. Der geplante Starttermin liegt weiterhin im vierten Quartal 2030.^[3]