Cette tournure nous indique selon moi que la réplique et le sourire étaient simultanés et liés : la réplique est amicale et décrit une situation qui malgré son inconfort demeure amusante, une anecdote qui se racontera avec plaisir plus tard à sa famille demeurée au loin, par-delà ces vastes plaines océaniques, et qui de ce fait mérite un sourire.

Ce n’est pas une tournure typique qui s’applique à toutes les situations de la vie, mais on relève ici et là quelques exemples similaires :

L’ombre éteignit mes yeux, un cri vint à ma bouche
Et mon vieux coeur est mort dans un frisson farouche.
      _{–Bon chevalier masqué qui chevauche en silence, Paul Verlaine}
 
La petite bossue devenait terrible, les yeux hagards et fixes, son corps difforme secoué de tremblements spasmodiqucs, et sa grande bouche appelant Jésus dans une grimace hurlante et gémissante.
      _{–L’évangéliste, Alphonse Daudet}

La question m’a aussi rappelé une embarassante situation que j’ai vécue il y a quelques années dans un restaurant tranquille où une dizaine de clients déjeunaient calmement. Les curieux en trouveront la description en commentaire à la question, ci-dessus. J’en ai cherché un exemple plus ancien et plus littéraire… Voici donc une réplique signée Paul Féval :

— Qui vous a dit cela, monsieur le matador? s’écria Gonzague dans un éclat de rire qui sonna faux.

De l’éclat de rire au sourire, il n’y a que l’atténuation du mouvement et de l’interférence sonore, ce qui ne peut finalement qu’aider à la compréhension du message.

L’exemple de la question originale est probablement le contexte le plus évident pour utiliser « dans un sourire ». La littérature et la poésie ont fourni d’autres exemples, plus complexes et très beaux :

Et quand je croyais voir le ciel dans ses yeux d’ange,
Un mot tombé soudain dans un sourire étrange
Soufflait sur mon beau rêve, et mon cœur restait seul
      _{–Le départ, Adolphe Carcassonne}
 
— Comment vous trouvez-vous ? acheva la paysanne. — Tout prêt à recommencer, si votre service l’exige, répondit-il.

La paysanne lui envoya un remerciement dans un sourire.
      _{–Les Louves de Machecoul, Alexandre Dumas}

Quelques pas dans l’abstraction

Un sourire, un frisson, une grimace, un éclat de rire, ça demeure concret. Repensant à tout ceci, je me suis dis qu’il serait sans doute possible de suivre cette tournure dans des régions moins substantielles, de trouver des cas où ce qui accompagne un fait avéré (une parole, une crise d’épilepsie, l’arrivée de la mort) est plus difficile à discerner objectivement, à mesurer absolument. Voici quelques exemples que j’ai pu glaner.

Dans un élan de prophétique enthousiasme

Et qui sait? dit Yvernès, dans un élan de prophétique enthousiasme, qui sait si le continent, qui fut englouti sous les eaux du Pacifique, ne reparaîtra pas un jour à sa surface, reconstruit par ces myriades d’animalcules microscopiques?
      _{–L’île à hélice, Jules Verne}

Dans une volonté contraire

Le visage de Nitchef exprimait une tension de volonté impérieuse et violente. Des gouttes de sueur découlaient de son front.
« Nadia ! répéta le nihiliste d’une voix sourde.
— Non ! non ! gronda Mohr raidi, lui aussi, dans une volonté contraire. Je ne veux pas !
— Nadia !
— Non ! »
      _{–La bombe silencieuse, Charles Dodeman}

Dans un sursaut d’exaspération

Il pénétra, dans un sursaut d’exaspération, tout ce qu’il ne voulait pas savoir et tout ce qu’on n’osait point lui dire.
      _{–Fort comme la mort, Guy de Maupassant}

Pourquoi pas « […] a-t-il lancé avec un/le sourire »

La tournure « avec un sourire » est très possible. Pourquoi ne fut-elle pas privilégiée ?

Dans ma vision de la chose, « dans un sourire » est plus chaleureux. Plus détendu aussi. Une remarque dite « avec un sourire » me fait penser à l’arrivée d’un couple dans une soirée: la parole est accompagnée d’un sourire, mais la parole et le sourire sont des entités indépendantes, liées momentanément par les circonstances. Par contre, une remarque dite « dans un sourire » est transportée par le sourire (voire à l’intérieur du sourire, selon jcm69 qui en fit la remarque dans un commentaire ci-dessous), les deux nous arrivent ensemble comme un tout indivisible, le message existe à travers le sourire, le sourire à cause du message.

La différence est subtile, et mon évaluation de la syntaxe n’est sans doute pas absolue, c’est pourquoi il est possible que je sois naïf de penser que ce fut prémédité de la part de l’auteur, mais en même temps, comme il a fait un choix que j’approuve, je me dis que je ne suis pas forcément complètement dans le faux.