Acquisition algorithm and centroid combination for ARRAKIHS

Die Analysis of Resolved Remnants of Accreted Galaxies as a Key Instrument for Halo Surveys (ARRAKIHS) Mission ist eine neue F-class mission der ESA. Der Start ist für 2030 geplant. Das Ziel von ARRAKIHS ist es, die Natur der Dunklen Materie (DM) zu studieren, indem die Strukturen in den Halos von nahen milchstraßenähnlichen Galaxien beobachtet werden. Um seine Aufgabe zu erfüllen, muss ARRAKIHS Oberflächenhelligkeiten von besser als 29 mag/arcsec² erreichen. Dazu ist ein sogenanntes Fine Guidance System (FGS) notwendig. Das Fine Guidance System (FGS) von ARRAKIHS nutzt einen derselben Detektoren wie die wissenschaftlichen Beobachtungen, um die Bewegung von Sternen zu verfolgen und diese Information an die Satelliten-Plattform weiterzugeben. Die Plattform kann dann, wie erforderlich, die Bewegung des Satelliten gering halten. Die Universität Wien (UVIE) ist damit beauftragt worden, die Application Software (ASW) mit FGS Funktionalität für ARRAKIHS zu entwickeln, da sie durch andere Missionen wie ARIEL und CHEOPS bereits Erfahrungen damit hat. Das UVIE-FGS besteht aus zwei Komponenten. Die „Acquisition“ lokalisiert geeignete Leitsterne. Das „Guiding“ verfolgt die Position der Leitsterne während der Belichtung und informiert die Plattform über die ungewollten Bewegungen, welche dann von dieser kompensiert werden. Im Gegensatz zu früheren Missionen nimmt ARRAKIHS Bilder auf. Daher muss auch die Bildfeldrotation gestoppt werden, wozu mehrere Leitsterne benötigt werden. Das Ziel dieser Masterarbeit war es, für das ARRAKIHS-FGS neue Algorithmen für die „Acquisition“ und Kombination von Zentroiden zu entwickeln und zu testen. Um die Tests durchführen zu können, wurde ein bereits von früheren Missionen vorhandener Simulator umgebaut/erweitert damit er mit den neuen missionsspezifischen Effekten umgehen kann. Es wurde gezeigt, dass die Algorithmen die benötigte Präzision für einen weiten Bereich an kinematischen Startbedingungen erreichen können. Außerdem ist die Berechnungsgeschwindigkeit, welche auf repräsentativer Hardware getestet wurde, ausreichend hoch. Um sicherzustellen, dass die „Acquisition“ erfolgreich ist, wurden Anforderungen für die Satelliten-Plattform formuliert. Die größten neuen Herausforderungen waren die automatische Auswahl und Kombination der Zentroide für multiple Leitsterne und die lange Auslesezeit der einzelnen Bilder.