Le 20 octobre, l'agence spatiale japonaise JAXA prévoit de lancer sa sonde MMX vers Mars. Sa mission consiste à prélever un échantillon de roche sur Phobos, lune de Mars, et à le ramener sur Terre. À son bord se trouve un laser miniaturisé développé à l'Institut Fraunhofer d'optique appliquée et d'ingénierie de précision (IOF) d'Iéna, en Allemagne. Initialement conçue pour la mission européenne ExoMars, dont le lancement a dû être annulé en 2022, cette technologie sera désormais utilisée pour la mission japonaise vers la lune martienne. La mission, baptisée « Exploration des lunes martiennes » (MMX), est actuellement l'un des projets d'exploration spatiale les plus ambitieux. La JAXA prévoit d'envoyer une sonde sur Phobos, de la faire atterrir, puis de rapporter un échantillon sur Terre. Le lancement est prévu le 20 octobre 2026 à bord d'une fusée H3 depuis le Centre spatial de Tanegashima, au Japon. Environ un an plus tard, elle étudiera de près Phobos, la lune de Mars, et un rover devrait s'y poser en 2029.
À ce jour, l'origine des deux lunes martiennes, Phobos et Deimos, demeure un mystère. Se sont-elles formées suite à un impact massif sur Mars ? Ou étaient-elles à l'origine des astéroïdes capturés par la gravité de la planète ? La mission MMX vise à répondre à ces questions. Pour ce faire, elle étudiera Phobos depuis son orbite et collectera au moins dix grammes de matière à sa surface. La sonde devrait revenir sur Terre et larguer l'échantillon collecté au-dessus de l'Australie en 2031. Ce serait le premier retour d'échantillons de la région martienne. Cette mission, menée par le Japon, réunit également des partenaires internationaux, dont l'agence spatiale américaine NASA, l'Agence spatiale européenne (ESA), l'agence spatiale française CNES, le Centre aérospatial allemand (DLR) et l'Institut national espagnol d'aéronautique et d'astronautique (INTA).
La mission ne se limite pas à la simple collecte d'échantillons. Elle vise également à analyser les roches in situ. Pour ce faire, le sol lunaire est illuminé par un laser de petite taille mais très puissant. Le rayonnement caractéristique émis par la roche est ensuite mesuré grâce à un spectromètre Raman spécial. Ceci permet aux chercheurs sur Terre d'explorer la composition du sol lunaire à des millions de kilomètres de distance. Le laser de ce spectromètre a été conçu par une équipe de l'institut Fraunhofer IOF de Iéna. Il génère une lumière verte d'une longueur d'onde de 532 nanomètres et d'une puissance de plus de 100 milliwatts – environ 100 fois supérieure à celle d'un pointeur laser – et ne pèse qu'une cinquantaine de grammes.
Le défi que représente le développement et la construction d'un tel mini-laser ne réside pas seulement dans sa légèreté exceptionnelle. Les composants optiques doivent résister aux fortes vibrations des lancements de fusées, ainsi qu'aux radiations et aux variations de température extrêmes. Le système a été conçu pour des températures comprises entre -130 et +24 degrés Celsius. Une technologie clé développée par l'institut Fraunhofer IOF rend cela possible, comme l'explique Marta Gilaberte Basset, chercheuse au Fraunhofer : « Au lieu de coller les composants optiques sensibles de manière conventionnelle, nous avons fixé des éléments du résonateur laser et de l'optique secondaire grâce à une technique de brasage laser », précise-t-elle. Elle a joué un rôle déterminant dans le développement du concept d'alignement et d'intégration du laser, d'abord en Espagne, puis au Fraunhofer IOF. « Il est impossible de réajuster l'optique pour une mission martienne après le lancement. Soudés, les composants conservent leur position avec une grande précision pendant des années. » De plus, la technique de brasage évite les problèmes potentiels au sein de l'instrument qui pourraient résulter du dégazage des adhésifs sous vide.
Le lancement effectif de cette technologie sur Mars a longtemps été loin d'être acquis. Le système laser avait été initialement développé pour la mission « ExoMars », un temps envisagée dans le cadre d'un partenariat euro-russe. Suite à l'attaque russe contre l'Ukraine, l'ESA a suspendu sa collaboration avec l'agence spatiale russe Roscosmos en 2022. Le lancement prévu n'a donc jamais eu lieu. Cependant, la technologie développée à l'institut Fraunhofer IOF a trouvé une nouvelle application. Grâce à l'institut spatial espagnol INTA, qui avait déjà participé au développement de la technologie de mesure du rover ExoMars et qui a rendu possible l'utilisation d'un dispositif laser identique pour la mission MMX, l'expertise de Jena a été intégrée à l'instrument de la mission japonaise MMX. Ainsi, une technologie déjà qualifiée pour une utilisation sur Mars bénéficie d'une seconde chance dans l'espace. Erik Beckert, responsable du département des composants et systèmes opto-mécatroniques à l'institut Fraunhofer IOF, résume : « Pour nous, c'est évidemment un événement exceptionnel qu'une technologie développée pendant de nombreuses années soit désormais en route vers Mars. Parallèlement, le projet MMX démontre l'importance cruciale d'une coopération internationale à long terme pour les projets spatiaux. »
Après la mission MMX, la mission ExoMars est de nouveau à l'ordre du jour, mais sans partenaires russes. Son lancement est actuellement prévu pour 2028. La technologie laser de l'institut Fraunhofer IOF sera à nouveau mise en œuvre.
