Jena. Die japanische Raumfahrtagentur JAXA schickt ihre Sonde MMX zum Mars. Sie soll eine Gesteinsprobe vom Marsmond Phobos zur Erde holen. Mit an Bord ist ein miniaturisierter Laser, der am Fraunhofer IOF in Jena gebaut wurde. 

Ursprünglich entwickelt für die europäische ExoMars-Mission, deren Start 2022 abgesagt werden musste, kommt die Technologie nun bei der japanischen Mission zum Marsmond zum Einsatz.

Die Mission »Martian Moons eXploration«, kurz MMX, gehört aktuell zu den ambitioniertesten Projekten in der Weltraumforschung. Die japanische Raumfahrtagentur JAXA will damit eine Sonde zum Marsmond Phobos schicken, dort landen und dann eine Probe zur Erde zurückbringen. Etwa ein Jahr später wird sie den Marsmond Phobos aus nächster Nähe untersuchen, 2029 soll ein Rover dort landen.

Bis heute ist ungeklärt, woher die beiden Marsmonde Phobos und Deimos kommen. Sind sie bei einem gewaltigen Einschlag auf dem Mars entstanden? Oder waren sie ursprünglich Asteroiden, die von der Schwerkraft des Planeten eingefangen wurden? MMX soll Fragen wie diese klären und dafür Phobos nicht nur aus dem Orbit untersuchen, sondern auch mindestens zehn Gramm Material auf seiner Oberfläche einsammeln. Es ist dafür geplant, dass die Sonde zur Erde zurückkehrt und 2031 die gesammelte Probe über Australien abwirft. Es wäre die weltweit erste Rückführung von Proben aus der Marsregion.

An der japanisch geführten Mission sind auch internationale Partner beteiligt, darunter die amerikanische Weltraumbehörde NASA, die europäische ESA, die französische Raumfahrtagentur CNES, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR sowie das spanische Raumfahrtinstitut INTA

Die Mission beschränkt sich nicht auf die Probenentnahme allein. Sie soll auch vor Ort das Gestein untersuchen. Dafür wird der Boden auf dem Marsmond mit einem kleinen, aber kräftigen Laser beleuchtet. Die charakteristische Strahlung, die das Gestein dann abgibt, wird mit einem speziellen Raman-Spektrometer vermessen. So können die Forschenden auf der Erde die Zusammensetzung des Mondbodens über Millionen Kilometer hinweg erkunden.

Den Laser für dieses Spektrometer hat ein Team vom Fraunhofer IOF in Jena gebaut. Er erzeugt grünes Licht mit einer Wellenlänge von 532 Nanometern und mehr als 100 Milliwatt – das ist etwa 100mal stärker als ein Laserpointer – und wiegt dabei nur etwa 50g.

Die Herausforderung bei Entwicklung und Bau eines solchen Mini-Lasers liegt aber nicht nur darin, ihn besonders leicht zu machen. Die optischen Komponenten müssen starke Vibrationen beim Raketenstart ebenso überstehen wie Strahlung und extreme Temperaturunterschiede. Das System wurde für Temperaturen zwischen minus 130 und plus 24 Grad Celsius ausgelegt.

Eine spezielle Schlüsseltechnologie des Fraunhofer IOF macht das möglich, wie Fraunhofer-Forscherin Marta Gilaberte Basset erklärt: »Statt die empfindlichen optischen Komponenten konventionell zu verkleben, haben wir Elemente des Laserresonators und der Sekundäroptik mit einer laserbasierten Löttechnik fixiert«, so die Forscherin. Sie hat zuerst in Spanien und später am Fraunhofer IOF maßgeblich am Justier- und Integrationskonzept für den Laser gearbeitet. »Die Optik für eine Marsmission können wir nach dem Start nicht nachjustieren. Gelötet halten die Komponenten ihre Position über Jahre sehr genau.« Weiterhin vermeidet die Löttechnik mögliche Probleme im Instrument, die durch ausgasende Klebstoffe im Vakuum entstehen könnten.

Dr. Erik Beckert, Abteilungsleiter für Opto-mechatronische Komponenten und Systeme am Fraunhofer IOF resümiert: »Für uns ist es natürlich etwas Besonderes, dass eine Technologie, in deren Entwicklung viele Jahre Arbeit geflossen sind, nun tatsächlich zum Mars fliegt. Gleichzeitig zeigt MMX, wie wichtig langfristige internationale Zusammenarbeit für Raumfahrtprojekte ist.«