耶拿/种子岛（日本）10月20日，日本宇宙航空研究开发机构计划向火星发射MMX探测器。它的任务是从火星的卫星火卫一上取回岩石样本并带回地球。船上有一个小型化的激光器，由位于耶拿的弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所制造。 这项技术最初是为欧洲的ExoMars任务开发的，该任务于2022年发射，不得不取消。现在，这项技术被用于日本的火星卫星任务。

在耶拿建造的激光模块结合了紧凑的尺寸和最大的稳健性，现在它正计划前往火星的卫星火卫一。©Fraunhofer IOF

“火星卫星探测”任务，简称MMX，是目前太空探索中最雄心勃勃的项目之一。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）计划向火星的卫星火卫一（Phobos）发射探测器，并在那里着陆，然后将样本带回地球。该任务计划于2026年10月20日在日本种子岛航天中心搭载H3火箭发射。大约一年后，它将近距离研究火星卫星火卫一，并计划在2029年登陆火卫一。

这将是第一次从火星卫星上带回地球

直到今天，还不清楚火星的两个卫星火卫一和火卫二是从哪里来的。它们是由对火星的巨大撞击形成的吗？或者它们原本是被地球引力俘获的小行星？MMX的设计目的是为了回答这些问题，它不仅要从轨道上研究火卫一，还要从火卫一表面收集至少10克的物质。该计划是让探测器返回地球，并在2031年将收集到的样本扔到澳大利亚上空。这将是世界上首次从火星地区带回样本。

国际合作伙伴也参与了日本领导的任务，包括美国航天局NASA，欧洲航天局（ESA），法国航天局CNES，德国航空航天中心（DLR）和西班牙航空航天技术研究所（INTA）。

激光作为地质指纹

这项任务不仅限于样本收集。它也被设计用于分析原位岩石。为了做到这一点，火星卫星的表面将被一个小而强大的激光照射。然后用一种特殊的拉曼光谱仪测量岩石发出的特征辐射。这使得地球上的研究人员可以从数百万公里外的地方调查月球表面的成分。

来自耶拿弗劳恩霍夫物理研究所的一个团队为这个光谱仪制造了激光器。它发出波长为532纳米的绿光，输出功率超过100毫瓦——比激光笔强100倍——而重量只有50克左右。

特殊焊接技术，具有极高的耐用性

然而，开发和制造这种微型激光器的挑战不仅在于使其特别轻。光学元件必须承受火箭发射过程中的强烈振动，以及辐射和极端温度波动。该系统的设计温度范围从零下130摄氏度到正24摄氏度。

弗劳恩霍夫IOF的一项特殊关键技术使这成为可能，正如弗劳恩霍夫研究员Marta Gilaberte Basset解释的那样：“我们使用基于激光的钎焊技术来保护激光谐振器和二次光学元件，而不是使用传统方法粘合敏感光学元件。”她说。她在发展激光对准和集成概念方面发挥了关键作用，首先在西班牙，后来在弗劳恩霍夫IOF。“我们无法在发射后重新调整火星任务的光学系统。当钎焊时，组件可以保持高精度的位置数年。”此外，钎焊技术防止了仪器中可能出现的问题，这些问题可能是由于粘合剂在真空中脱气引起的。

来自耶拿的第二次技术机会

在很长一段时间里，人们都不确定这项技术是否真的能应用到火星上。激光系统最初是为“ExoMars”任务开发的，该任务曾被计划为欧洲和俄罗斯的合作伙伴关系。在俄罗斯入侵乌克兰之后，欧洲航天局于2022年暂停了与俄罗斯航天局的合作。当时计划的发射没有进行。

然而，在弗劳恩霍夫IOF开发的技术发现了一个新的应用。西班牙航天局INTA已经参与开发ExoMars探测器的测量技术，现在提供了在MMX任务中飞行相同激光装置的机会，来自耶拿的专业知识被纳入日本MMX任务的仪器中。因此，一项已经在火星上获得使用资格的技术在太空中获得了第二次机会。

Erik Beckert博士是Fraunhofer IOF光机电部件和系统部门的负责人，他总结道：“对我们来说，多年的研究成果现在真的飞向火星，这当然是一件特别的事情。同时，MMX也证明了长期国际合作对太空项目的重要性。”

继MMX任务之后，ExoMars任务又回到了议程上，尽管没有俄罗斯合作伙伴的参与。目前计划在2028年发射。来自弗劳恩霍夫IOF的激光技术将再次成为该任务的一部分。