Misi ini dirancang sebagai perjalanan pulang-pergi sekitar lima tahun. Tahapan utamanya meliputi:
Semua tanggal tersebut masih merupakan rencana misi, bukan peristiwa yang telah terjadi. Kondisi peluncuran, kesehatan wahana, navigasi, dan situasi permukaan Phobos dapat memengaruhi jadwal maupun hasil akhir misi.
MMX menggabungkan fungsi pengorbit, pendarat, dan wahana pengembali sampel dalam satu rangkaian misi. Pada tahap awal, wahana akan menggunakan penginderaan jarak jauh dan operasi orbit untuk memetakan sistem Mars serta mencari kondisi yang sesuai bagi kegiatan di Phobos. Alih-alih hanya melintas sekali, MMX diperkirakan akan beroperasi dalam orbit kuasi-satelit di sekitar bulan-bulan Mars.
Target utama misi ini adalah Phobos, bulan Mars yang lebih besar dan berada lebih dekat dengan planet tersebut. MMX direncanakan mencoba mendarat di Phobos dan mengumpulkan regolit—material permukaan yang terdiri atas batuan dan debu—menggunakan dua mekanisme pengambilan sampel. Kedua sistem tersebut, yaitu C-Sampler dan P-Sampler, dirancang untuk meningkatkan peluang memperoleh material yang berguna bagi penelitian.
Sampel kemudian akan disegel dalam kapsul untuk dibawa ke Bumi. Pendekatan pengembalian sampel JAXA ini memanfaatkan teknologi dan pengalaman yang dikembangkan dalam misi asteroid Hayabusa2.
Berbeda dari Phobos, Deimos bukan target pengambilan sampel. MMX akan mempelajarinya melalui pengamatan dari orbit dan sejumlah pertemuan yang direncanakan. Data yang dikumpulkan mencakup permukaan, komposisi, topografi, dan konteks geologinya. Membandingkan Deimos dengan Phobos penting karena persamaan dan perbedaan keduanya dapat membantu menguji berbagai teori tentang asal-usul kedua bulan tersebut.
MMX menargetkan pengembalian lebih dari 10 gram material Phobos ke Bumi. Jika berhasil, misi ini akan menjadi misi pertama yang membawa sampel dari kawasan Mars kembali ke Bumi.
Analisis laboratorium dapat mengungkap hal-hal yang tidak sepenuhnya bisa dipastikan hanya melalui pengamatan jarak jauh. Para ilmuwan dapat memeriksa komposisi mineral dan kimia Phobos, mencari petunjuk keberadaan material terkait air atau senyawa organik, serta menguji apakah bulan itu lebih menyerupai asteroid primitif atau material yang berasal dari Mars.
Phobos mungkin juga mengandung material yang terlontar dari Mars dan kemudian menumpuk di permukaannya. Jika demikian, regolit Phobos dapat menyimpan bukti tidak langsung mengenai sejarah permukaan Mars. Karena itu, misi ini bukan sekadar penelitian terhadap sebuah bulan kecil, melainkan juga cara lain untuk mempelajari evolusi Mars dan planet-planet kebumian pada masa awal tata surya.
Para ilmuwan selama ini mempertimbangkan dua skenario besar mengenai terbentuknya Phobos dan Deimos:
MMX akan membandingkan sifat fisik dan kimia kedua bulan sekaligus mempelajari pengaruh Mars terhadap permukaan serta lingkungan di sekitarnya. Sampel Phobos sangat penting karena pemeriksaan langsung di laboratorium dapat mengungkap komposisi dan struktur material dengan tingkat detail yang tidak sepenuhnya dapat dicapai oleh instrumen wahana.
JAXA memimpin MMX, tetapi misi ini merupakan proyek internasional yang melibatkan NASA, badan antariksa Prancis CNES, Pusat Dirgantara Jerman (DLR), dan ESA.
CNES dan DLR mengembangkan IDEFIX, rover kecil yang dirancang untuk beroperasi di permukaan Phobos. Rover ini direncanakan dilepas sebelum operasi permukaan utama wahana dan akan mengukur karakteristik permukaan serta regolit Phobos. Informasi tersebut dapat membantu ilmuwan memahami medan sekaligus mengurangi risiko saat MMX melakukan pendaratan dan pengambilan sampel. Operasi permukaan IDEFIX direncanakan berlangsung sekitar 100 hari.
NASA menyediakan MEGANE, singkatan dari Mars-moon Exploration with GAmma rays and NEutrons. Instrumen ini menggunakan pengukuran sinar gamma dan neutron untuk mempelajari komposisi unsur pada bulan-bulan Mars. Hasilnya akan membantu menjawab apakah Phobos merupakan asteroid yang tertangkap Mars atau material yang terbentuk akibat tumbukan besar.
JAXA bertanggung jawab atas wahana dan operasi utama misi, termasuk navigasi, penginderaan jarak jauh, upaya pendaratan di Phobos, pengambilan sampel, perjalanan kembali ke Bumi, serta kurasi sampel setelah tiba. Misi ini memanfaatkan pengalaman pengembalian sampel dari Hayabusa2, tetapi menerapkannya dalam lingkungan sistem Mars yang lebih kompleks.
Phobos juga menarik perhatian dalam perencanaan eksplorasi Mars jangka panjang. Karena mengorbit dekat dengan Mars, Phobos pernah dibahas sebagai titik pendukung atau lokasi persinggahan bagi misi berawak di masa depan. Beroperasi dari Phobos berpotensi menghindarkan sebagian tantangan yang muncul ketika manusia harus mendarat di Mars, lalu meluncur kembali menembus atmosfer planet tersebut.
MMX tidak akan membangun atau mengoperasikan stasiun berawak. Kontribusinya bersifat lebih awal dan praktis: misi ini dapat memperkaya pengetahuan tentang sifat permukaan Phobos, medan, gravitasi, bahaya, komposisi, serta kemudahan akses dan operasi di sana. Data tersebut nantinya dapat membantu perencana misi menilai apakah Phobos layak digunakan untuk infrastruktur, transportasi, atau dukungan misi masa depan.
MMX penting karena menggabungkan tiga tujuan dalam satu kampanye: survei komparatif terhadap Phobos dan Deimos, operasi permukaan di Phobos, serta pengembalian sampel ke Bumi. Peluncuran yang dijadwalkan pada 20 Oktober 2026 akan menjadi langkah pertama menuju misi yang berpotensi membawa material Phobos ke Bumi pada 2031, memperjelas asal-usul bulan-bulan Mars, dan menyediakan pengetahuan operasional bagi eksplorasi Mars berikutnya.
Namun, perlu digarisbawahi bahwa MMX masih merupakan misi yang direncanakan. Pendaratan, pengumpulan lebih dari 10 gram material, dan pemulihan kapsul di Australia adalah target misi—belum menjadi hasil yang sudah dipastikan.