ภารกิจนี้ออกแบบให้เป็นการเดินทางไป-กลับที่ใช้เวลาประมาณ 5 ปี โดยมีหมุดหมายหลักดังนี้
ทั้งหมดนี้ยังเป็นกำหนดการของภารกิจที่วางแผนไว้ ไม่ใช่เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นแล้ว วันปล่อยจริงอาจได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศ ความพร้อมของยาน ความแม่นยำในการนำทาง หรือสภาพพื้นผิวของโฟบอส
MMX รวมความสามารถของยานโคจร ยานลงจอด และยานนำตัวอย่างกลับโลกไว้ในภารกิจเดียวกัน ยานจะเริ่มจากการสำรวจระยะไกลและปฏิบัติงานในวงโคจร เพื่อทำแผนที่และวิเคราะห์ระบบดาวอังคาร รวมถึงค้นหาพื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับการทำงานบนโฟบอส
แทนที่จะบินผ่านดวงจันทร์เพียงครั้งเดียว MMX จะเข้าสู่วงโคจรลักษณะคล้ายดาวเทียมบริวาร หรือ Quasi-Satellite Orbit (QSO) ใกล้ดวงจันทร์ของดาวอังคาร เพื่อให้สามารถสังเกตและเข้าใกล้เป้าหมายซ้ำได้
เป้าหมายหลักคือ โฟบอส ซึ่งเป็นดวงจันทร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าและอยู่ใกล้ดาวอังคารมากกว่าดีมอส ภารกิจมีแผนพยายามลงจอดบนโฟบอสและเก็บวัสดุบนพื้นผิว หรือที่เรียกว่าเรโกลิท (regolith) ซึ่งประกอบด้วยเศษหินและฝุ่น โดยใช้กลไกเก็บตัวอย่าง 2 ระบบ ได้แก่ C-Sampler และ P-Sampler เพื่อเพิ่มโอกาสได้ตัวอย่างที่มีคุณค่าทางวิทยาศาสตร์
ตัวอย่างจะถูกปิดผนึกไว้ในแคปซูลส่งกลับโลก เทคโนโลยีดังกล่าวต่อยอดจากประสบการณ์ของ JAXA ในภารกิจฮายาบูสะ 2 ซึ่งเคยนำตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยกลับมายังโลก
ดีมอสไม่ใช่เป้าหมายสำหรับการเก็บตัวอย่าง MMX จะใช้การสังเกตจากวงโคจรและระหว่างการเข้าใกล้ เพื่อเก็บข้อมูลเปรียบเทียบเกี่ยวกับพื้นผิว องค์ประกอบ ภูมิประเทศ และบริบททางธรณีวิทยาของดวงจันทร์ดวงนี้
การศึกษาทั้งโฟบอสและดีมอสมีความสำคัญ เพราะความเหมือนและความแตกต่างของทั้งคู่จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์แยกแยะสมมติฐานเกี่ยวกับต้นกำเนิดของดวงจันทร์ทั้งสองได้ชัดเจนขึ้น
MMX ตั้งเป้านำวัสดุจากโฟบอสกลับโลก มากกว่า 10 กรัม หากทำสำเร็จ จะเป็นภารกิจแรกที่นำตัวอย่างวัสดุจากบริเวณระบบดาวอังคารกลับมาวิเคราะห์บนโลก
ตัวอย่างเรโกลิทอาจเปิดเผยข้อมูลที่การสำรวจจากระยะไกลไม่สามารถให้ได้ ทั้งองค์ประกอบแร่และเคมี ร่องรอยของวัสดุที่เกี่ยวข้องกับน้ำ รวมถึงสารประกอบอินทรีย์ นอกจากนี้ การวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการยังช่วยทดสอบว่าโฟบอสมีลักษณะใกล้เคียงดาวเคราะห์น้อยดึกดำบรรพ์ หรือเป็นวัสดุที่เกี่ยวข้องกับดาวอังคาร
โฟบอสอาจสะสมเศษวัสดุที่พุ่งออกจากพื้นผิวดาวอังคารไว้ด้วย ดังนั้นเรโกลิทของมันอาจเก็บหลักฐานทางอ้อมเกี่ยวกับประวัติพื้นผิวดาวอังคาร การศึกษาโฟบอสจึงไม่ได้เป็นเพียงการศึกษา “ดวงจันทร์ขนาดเล็ก” แต่ยังอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ย้อนรอยวิวัฒนาการของดาวอังคารและดาวเคราะห์หินในยุคแรกของระบบสุริยะได้
นักวิทยาศาสตร์พิจารณาคำอธิบายหลักเกี่ยวกับต้นกำเนิดของโฟบอสและดีมอสอยู่ 2 แนวทาง
MMX จะเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของดวงจันทร์ทั้งสอง พร้อมศึกษาผลกระทบจากดาวอังคารที่มีต่อพื้นผิวและสภาพแวดล้อมของพวกมัน ตัวอย่างจากโฟบอสมีความสำคัญเป็นพิเศษ เพราะการตรวจวัดในห้องปฏิบัติการสามารถวิเคราะห์องค์ประกอบและโครงสร้างได้ละเอียดกว่าที่เครื่องมือบนยานอวกาศจะทำได้
แม้ JAXA จะเป็นผู้นำ MMX แต่ภารกิจนี้เป็นความร่วมมือระหว่างประเทศ โดยมี NASA ของสหรัฐฯ องค์การอวกาศฝรั่งเศส (CNES) ศูนย์วิจัยอวกาศเยอรมนี (DLR) และองค์การอวกาศยุโรป (ESA) เข้าร่วม
CNES และ DLR ร่วมกันพัฒนา IDEFIX รถสำรวจขนาดเล็กที่ออกแบบให้ทำงานบนพื้นผิวโฟบอส แผนปัจจุบันคือปล่อยรถสำรวจลงไปก่อนการปฏิบัติการบนพื้นผิวของยานหลัก เพื่อวัดคุณสมบัติของพื้นผิวและเรโกลิท
ข้อมูลจาก IDEFIX จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสภาพภูมิประเทศ และช่วยลดความเสี่ยงระหว่างการลงจอดและเก็บตัวอย่างของ MMX โดยรถสำรวจมีแผนปฏิบัติงานบนพื้นผิวประมาณ 100 วัน
NASA จัดส่งเครื่องมือ MEGANE ซึ่งย่อมาจาก Mars-moon Exploration with GAmma rays and NEutrons หรือเครื่องมือสำรวจดวงจันทร์ดาวอังคารด้วยรังสีแกมมาและนิวตรอน
MEGANE จะใช้การตรวจวัดรังสีแกมมาและนิวตรอนเพื่อศึกษาธาตุที่เป็นองค์ประกอบของดวงจันทร์ทั้งสอง ข้อมูลนี้จะช่วยตอบคำถามว่าโฟบอสเป็นดาวเคราะห์น้อยที่ดาวอังคารจับไว้ หรือเป็นวัสดุที่เกิดจากการชนครั้งใหญ่
JAXA รับผิดชอบยานอวกาศและการดำเนินงานหลักของภารกิจ ตั้งแต่การนำทาง การสำรวจระยะไกล ความพยายามลงจอดบนโฟบอส การเก็บตัวอย่าง การนำแคปซูลกลับโลก ไปจนถึงการดูแลรักษาตัวอย่างหลังกลับถึงโลก
ภารกิจนี้อาศัยเทคโนโลยีจากฮายาบูสะ 2 แต่ต้องนำมาปรับใช้กับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนกว่าเดิมของระบบดาวอังคาร
โฟบอสมีความสำคัญต่อการวางแผนสำรวจดาวอังคารระยะยาว เพราะมันโคจรอยู่ใกล้ดาวอังคาร จึงเคยถูกเสนอให้เป็นจุดพักหรือฐานสนับสนุนสำหรับภารกิจมนุษย์ในอนาคต
การเริ่มภารกิจจากโฟบอสอาจช่วยหลีกเลี่ยงความท้าทายบางส่วนของการนำมนุษย์ลงจอดบนดาวอังคาร และการส่งยานทะยานกลับออกจากดาวอังคารผ่านชั้นบรรยากาศ
อย่างไรก็ตาม MMX ไม่ได้มีแผนสร้างหรือดำเนินงานสถานีอวกาศที่มีมนุษย์ประจำอยู่ บทบาทของมันเป็นการเก็บข้อมูลเบื้องต้นและสาธิตความสามารถในการปฏิบัติงาน เช่น การสำรวจคุณสมบัติพื้นผิว ภูมิประเทศ แรงโน้มถ่วง อันตราย องค์ประกอบ และความสะดวกในการเข้าถึงโฟบอส ข้อมูลเหล่านี้จะช่วยให้ผู้วางแผนภารกิจในอนาคตประเมินว่าโฟบอสเหมาะสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน การขนส่ง หรือการสนับสนุนภารกิจหรือไม่
MMX มีความสำคัญเพราะรวมการสำรวจไว้ 3 ด้านในภารกิจเดียว ได้แก่ การเปรียบเทียบดวงจันทร์ทั้งสองของดาวอังคาร การปฏิบัติงานบนพื้นผิวโฟบอส และการนำตัวอย่างกลับมายังโลก
การปล่อยที่กำหนดไว้ในวันที่ 20 ตุลาคม 2026 จะเป็นจุดเริ่มต้นของภารกิจที่อาจนำวัสดุจากโฟบอสกลับโลกในปี 2031 ช่วยไขปริศนาต้นกำเนิดของดวงจันทร์ดาวอังคาร และเพิ่มข้อมูลสำคัญสำหรับการสำรวจดาวอังคารในอนาคต
แต่สิ่งสำคัญที่ต้องย้ำคือ MMX ยังเป็นภารกิจที่อยู่ในขั้นวางแผน เป้าหมายอย่างการลงจอด การเก็บตัวอย่างมากกว่า 10 กรัม และการนำแคปซูลกลับถึงออสเตรเลียในปี 2031 ยังไม่ใช่ผลลัพธ์ที่รับประกันแล้ว