Om lite mer än sju minuter tidigt på eftermiddagen den 18 februari, 2021, NASA:s Mars 2020 rover kommer att köra omkring 27, 000 handlingar och beräkningar när den snabbar sig igenom den farliga övergången från rymdens utkant till Mars Jezero-krater. Även om det kommer att vara första gången hjulen på 2:an, 314 pund (1, 050-kilogram) rover touch the Red Planet, fordonets nätverk av processorer, sensorer och sändare kommer, då, har framgångsrikt simulerat touchdown vid Jezero många gånger tidigare.

"Vi landade först på Jezero Crater den 23 januari, sa Heather Bottom, systemingenjör för Mars 2020-uppdraget vid Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. "Och rovern landade framgångsrikt igen på Mars två dagar senare."

Längst ner var testledningen för Systemtest 1, eller ST1, Mars 2020-ingenjörsteamets första möjlighet att ta de viktigaste delarna av Mars 2020-uppdraget för en provkörning. Över två veckor i januari, Bottom och 71 andra ingenjörer och tekniker som tilldelats uppdraget 2020 tog över renrummet High Bay 1 i JPL:s rymdfarkostanläggning för att placera programvaran och de elektriska systemen ombord på uppdragets kryssning, ingångskapsel, nedstigningssteg och rover genom sina steg.

"ST1 var ett enormt företag, " sa Bottom. "Det var vår första chans att utöva flygmjukvaran vi kommer att flyga på 2020 med de faktiska rymdfarkostkomponenterna som kommer att vara på väg till Mars – och se till att de inte bara fungerar som förväntat, men också interagera med varandra som förväntat."

Arvet för Mars 2020:s programvara går tillbaka till Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity) och Curiosity-rovern som har utforskat Mars Gale Crater sedan 2012. Men 2020 är ett annat uppdrag med en annan rover, en annan uppsättning vetenskapliga instrument och en annan destination på Mars. Dess programvara måste skräddarsys därefter.

Arbetet började på allvar med flygmjukvaran 2013. Den var kodad, omkodad, analyseras och testas på datorarbetsstationer och bärbara datorer. Senare, flygprogramvaran matrikulerades till rymdskepps testbäddar där den exponerades för datorer, sensorer och andra elektroniska komponenter anpassade för att imitera flyghårdvaran som kommer att lanseras med uppdraget 2020.

"Virtuella arbetsstationer och testbäddar är en viktig del av processen, " sa Bottom. "Men de tiotusentals individuella komponenter som utgör elektroniken i detta uppdrag kommer inte alla att fungera, eller reagera, precis som en testbädd. Att se flygprogramvaran och själva flyghårdvaran samverka är det bästa sättet att bygga upp förtroende för våra processer. Testa som du flyger."

Gör betyget

Dagen innan ST1 började, Renrummet i High Bay 1 hoppade med "kaninkostym"-klädda ingenjörer och tekniker som monterade, inspektera och testa uppdragets hårdvara. Nästa dag, onsdag, 16 januari, rummet var kusligt tyst. Majoriteten av arbetarna hade ersatts av två tekniker där för att övervaka flygtestmaskinvaran. Linjer med elektriska kablar – navelsträngar – lades till för att ge data och kraft till rymdfarkostens kryssningssteg, bakre skal, nedstigningssteg och roverchassi, som ännu inte har staplats ihop. Kommunikation mellan mark och rymdfarkoster (och rymdfarkoster under flygning till mark) hanterades av X-bandsradioöverföring, precis som de skulle vara under resan till Mars.

ST1 började med kommandon för att aktivera rymdfarkostens elektriska komponenter och ställa in termisk, kraft- och telekomkonfigurationer. Medan alla rymdskeppskomponenter fanns kvar i renrummet, Bottom och hennes team fick dem att tro att de satt ovanpå en Atlas 541-raket 190 fot (58 meter) ovanför Launch Complex 41 vid Cape Canaveral den 17 juli, 2020, väntar på att bli skjuten ut i rymden.

Nästa, de fokuserade på en annan del av kryssningen innan de testade landningssekvensen. Sedan gjorde de allt igen.

Efter en lyckad lansering, de hoppade 40 dagar framåt för att simulera kryssning i rymden. Hur skulle mjukvaran och hårdvaran interagera när de var tvungna att utföra navigeringsfixar och bankorrigeringsmanövrar? Och hur skulle de fungera när simulerade händelser inte gick som planerat? Teamet letade efter svar på operatörernas datorskärmar i testrummet bredvid renrummet.

"Från testoperationsrummet, du kunde titta ut genom fönstren mot renrumsgolvet och tydligt se flygbeslag, sade Bottom. "Ingenting rörde sig synligt, men under den yttre strukturen, det fanns flygdatorer som bytte sida, radioapparater som sänder och tar emot sändningar, bränsleventiler som rör sig in och ut, delsystem som aktiveras och senare stängs av, och elektriska signaler som skickas till obefintliga pyrotekniska anordningar. Det var mycket som hände där inne."

Den 30 januari Mars 2020-testteamet kunde stänga sin 1, 000-plus sidor bok av procedurer för ST1. De gick två mot två på Mars landningar. De lanserade också fyra gånger, utförde djupa rymdnavigering, utförde flera bankorrigeringsmanövrar och testade till och med ett fåtal under flygning utanför nominella situationer. Denna första utvärdering av flyghårdvara och mjukvara, över ett år på väg, hade varit en stor framgång, visa var saker utmärkte sig och var de kunde förbättras. När dessa nya förändringar har undersökts på både en virtuell arbetsstation och i testbädden, de kommer att ha sin chans att "flyga" i ett av de många andra systemtester som planeras för Mars 2020.

"Ett av de framtida scenariotesterna kommer att placera rovern inuti en termisk kammare och simulera att vara på ytan. Den kommer att gå igenom uppdragskritiska aktiviteter vid några mycket låga yttemperaturer på Mars, sa Bottom. "Både bokstavligt och bildligt kommer det att bli ett väldigt coolt test."