Arrakihs
| ARRAKIHS | |||||||||||||
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| Phase: Entwicklungsphase (Phase C) / Status: in Entwicklung | |||||||||||||
| Typ | Weltraumteleskop (Astrophysik / Kosmologie) | ||||||||||||
| Land | ESA | ||||||||||||
| Organisation | ESA / AMC | ||||||||||||
| Missionsdaten | |||||||||||||
| Startdatum | voraussichtlich Ende 2030 | ||||||||||||
| Trägerrakete | Vega-C | ||||||||||||
| Missionsdauer | 3 Jahre (nominal) | ||||||||||||
| Bahndaten | |||||||||||||
| Koordinatenursprung | geozentrisch | ||||||||||||
| Bahnhöhe | 800 km | ||||||||||||
| Bahnneigung | sonnensynchron (polar) | ||||||||||||
| Allgemeine Raumfahrzeugdaten | |||||||||||||
| Startmasse | ca. 600 kg | ||||||||||||
| Abmessungen | ~1,5 × 1,5 × 1,6 m | ||||||||||||
| Hersteller | Satlantis (Instrument) AVS / Redwire (Plattform) | ||||||||||||
| Spezifische Raumfahrzeugdaten | |||||||||||||
| Stabilisation | 3-Achsen-Stabilisierung | ||||||||||||
| Elektrische Leistung | Solarpaneele | ||||||||||||
| Nutzlast | 160 kg | ||||||||||||
| Nutzlastdaten | |||||||||||||
| Satellitenbus | Mini-Satellitenplattform | ||||||||||||
| Instrumente |
Binokulares iSIM170-Teleskopsystem (4 Teleskope; Öffnung: 15 cm, Sichtfeld: 1,4°) | ||||||||||||
| Sonstiges | |||||||||||||
| Vorherige Mission | Comet Interceptor (F1) | ||||||||||||
| Nachfolgende Mission | Ariel (M4) | ||||||||||||
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ARRAKIHS (Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys) ist eine in der Entwicklung befindliche Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Ziel der Mission ist die Erforschung von Dunkler Materie sowie der Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Dies geschieht durch die Beobachtung von Strukturen mit extrem geringer Oberflächenhelligkeit in den Halos naher Galaxien. ARRAKIHS wurde im November 2022 als zweite F-Klasse-Mission (Fast) der ESA ausgewählt. Am 10. Juni 2026 wurde die Mission offiziell angenommen (Adoption); der Start ist für Ende 2030 mit einer Trägerrakete vom Typ Vega-C vorgesehen.
Die Mission soll das ΛCDM-Modell (Lambda Cold Dark Matter) der Kosmologie überprüfen, indem Diskrepanzen zwischen theoretischen Vorhersagen und tatsächlichen Beobachtungen von kleinskaligen Strukturen wie Gezeiten-Sternströmen und Satelliten-Zwerggalaxien analysiert werden. ARRAKIHS untersucht das lokale Universum im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich mit hoher Empfindlichkeit. Zum Einsatz kommt ein binokulares Teleskopsystem, das speziell für die Abbildung extrem lichtschwacher Strukturen entwickelt wurde. Das Instrument wird auf einem Mini-Satelliten betrieben, der die Erde in einer Höhe von rund 800 km umkreist.
Name
Die Mission ist nach dem fiktiven Planeten Arrakis aus dem Science-Fiction-Roman Dune benannt. 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*).
Missionshintergrund und Ziele
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.
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.
Das primäre wissenschaftliche Ziel besteht darin, drei wesentliche Eigenschaften galaktischer Halos mit aktuellen Modellrechnungen zu vergleichen:
- 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.
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.
Missionsprofil
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.
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. Die Mission verfügt über zwei Betriebsmodi:
- 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.
Instrumente
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).
Das Gesamtsystem besteht aus vier einzelnen Teleskopen mit einer Öffnung von je 15 cm und einem Sichtfeld von 1,4°. 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.
Das Teleskopsystem setzt sich aus folgenden Hauptkomponenten zusammen:
- 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:
- 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.
Bodensegment
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.
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:
- 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).
Missionskonsortium
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. Die wissenschaftliche Leitung (Principal Investigator) liegt bei Rafael Guzmán vom *Instituto de Física de Cantabria* (IFCA). Es handelt sich hierbei um die erste wissenschaftliche Mission der ESA, deren Führung maßgeblich in spanischen Händen liegt.
Synergien mit Euclid
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.
Zeitplan
ARRAKIHS ist die zweite F-Klasse-Mission innerhalb des Cosmic Vision-Programms der ESA. Die Auswahl erfolgte am 2. November 2022. Das Konsortium hielt sein erstes Treffen im Juli 2023 in Barcelona ab. Im November 2023 bestand das Projekt das *Mission Definition Review*.
Im März 2024 schloss die Mission die Entwicklungsphase A ab. Im Januar 2025 erhielten *Added Value Solutions* (AVS) und eine Tochtergesellschaft von *Redwire* Verträge für die Designphasen des Satellitenbusses.
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.
Einzelnachweise
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Daniel Marín: ARRAKIHS: un satélite español para el estudio de la materia oscura. Eureka (Naukas), 9. November 2022, abgerufen am 29. Mai 2026 (spanisch).
- ↑ ESA's new fast mission is ARRAKIHS. ESA, 2. November 2022, abgerufen am 2. November 2022 (englisch).
- 1 2 ESA adopts galactic archaeology mission Arrakihs. ESA, 10. Juni 2026, abgerufen am 12. Juni 2026 (englisch).
- 1 2 3 Arrakihs mission Phase 2 proposal. Zenodo, 2023, abgerufen am 6. September 2023 (englisch).
- ↑ Andreea Font: Arrakihs: the tiny satellite aiming to reveal what dark matter is made of. The Conversation, 9. Dezember 2022, abgerufen am 16. August 2025 (englisch).
- ↑ ARRAKIHS: The New ESA F-Class Mission to Investigate the Nature of Dark Matter. L'Irfu, Institut de Recherche sur les lois Fondamentales von l'Univers, abgerufen am 16. August 2025 (französisch).
- 1 2 ARRAKIHS. Institut für Weltraumforschung (IWF) der ÖAW, abgerufen am 29. Mai 2026 (englisch).
- 1 2 3 ARRAKIHS – An ESA mission to explore the low surface brightness Universe. Institute of Space Sciences (ICE-CSIC), abgerufen am 29. Mai 2026 (englisch).
- 1 2 ARRAKIHS Mission: Science. ARRAKIHS Mission Consortium, abgerufen am 29. Mai 2026 (englisch).
- 1 2 3 4 L. Clermont, E. Lallemand, J. Y. Plesseria, S. Serrano, C. Kintziger: The stray light baffle for the ARRAKIHS mission. SPIE Digital Library, 2024, abgerufen am 23. August 2024 (englisch).
- 1 2 3 Space Research in Switzerland. (PDF) Swiss Academy of Sciences (SCNAT), 1. Januar 2024, abgerufen am 1. Januar 2024 (englisch).
- 1 2 Fact Sheet - ARRAKIHS Mission. ARRAKIHS Mission Consortium, abgerufen am 29. Mai 2026 (englisch).
- 1 2 3 4 Analysis of Resolved Remnants of Accreted galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys: ESA F-MISSION. (PDF) ESA, abgerufen am 29. Mai 2026 (englisch).
- ↑ ARRAKIHS, the first ESA's Science Programme mission to be led by Spain. Satlantis, abgerufen am 29. Mai 2026 (englisch).
- ↑ Organization. ARRAKIHS Mission, 9. November 2025, abgerufen am 9. November 2025 (englisch).
- ↑ The Extremely Low Surface Brightness Universe: Calling for Synergy between the ESA Euclid and ARRAKIHS Space Missions. ISSI Bern, abgerufen am 17. August 2025 (englisch).
- ↑ Rahul Rao: Dark matter-hunting satellite ARRAKIHS to launch in 2030. Here's how it will work. Space.com, 15. November 2023, abgerufen am 18. März 2025 (englisch).
- ↑ One step closer to unveiling dark matter with ARRAKIHS. phys.org, 18. November 2023, abgerufen am 18. März 2025 (englisch).
- ↑ The Arrakihs mission passes in record time a critical phase in the development of its 'brain' to study dark matter. ICE-CSIC, abgerufen am 16. August 2025 (englisch).
- ↑ Jeff Foust: AVS wins study contract for ESA astrophysics mission. SpaceNews, 31. Januar 2025, abgerufen am 18. März 2025 (englisch).
- ↑ Redwire Secures ESA Contract to Develop Next Dark Matter Mission Concept. Space Daily, 31. März 2025, abgerufen am 31. März 2025 (englisch).