När en kvinnlig astronaut första gången sätter sin fot på månen 2024, det historiska ögonblicket kommer att representera ett steg mot en annan NASA först:att så småningom sätta människor på Mars. NASA:s senaste robotuppdrag till den röda planeten, mars 2020, syftar till att hjälpa framtida astronauter att trotsa det ogästvänliga landskapet.

Medan det vetenskapliga målet för Mars 2020-rovern är att leta efter tecken på forntida liv - kommer det att vara den första rymdfarkosten som samlar in prover av Mars yta, cachelagra dem i rör som skulle kunna återföras till jorden på ett framtida uppdrag – fordonet innehåller också teknik som banar väg för mänsklig utforskning av Mars.

Atmosfären på Mars är mestadels koldioxid och extremt tunn (cirka 100 gånger mindre tät än jordens), utan syre som kan andas. Det finns inget vatten på ytan att dricka, antingen. Landskapet fryser, utan skydd mot solens strålning eller från passerande dammstormar. Nyckeln till överlevnad kommer att vara teknik, forskning och testning.

Mars 2020 kommer att hjälpa på alla dessa fronter. När den lanseras i juli 2020, rymdfarkosten kommer att bära de senaste vetenskapliga och tekniska verktygen, som kommer samman när rovern byggs vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien. Här är en närmare titt.

Landning

Varje landning på Mars erbjuder en inlärningsmöjlighet. Med Mars 2020, som inkluderar hur rymdfarkostens värmesköld och fallskärm fungerar i planetens atmosfär, och hur väl dess radar kan känna av den annalkande ytan. Sensorer i rymdfarkostens aeroshell (kapseln som omsluter rovern) kommer att studera hur den värms upp och presterar under atmosfäriskt inträde. Dessa Mars Entry, Descent and Landing Instrumentation 2 (MEDLI2) sensorer kan hjälpa ingenjörer att förbättra sina landningsdesigner för stora nyttolaster som astronaututrustning och livsmiljöer.

Att landa en rover som denna ger också NASA mer erfarenhet av att placera en tung rymdfarkost på Mars yta; utmaningen att landa i den tunna Mars atmosfären skalar med massa. Den första bemannade rymdfarkosten kommer att vara titanisk i jämförelse, bära med sig livsuppehållande system, förnödenheter och avskärmning.

Till sist, Mars 2020 har ett styrsystem som kommer att ta ett steg mot säkrare landningar. Kallas terrängrelativ navigering, detta nya system tar reda på vart rymdfarkosten är på väg genom att ta kamerabilder under nedstigning och matcha landmärken i dem till en förladdad karta. Om rymdfarkosten driver mot farlig terräng, den kommer att avleda till ett säkrare landningsmål.

Terrängrelativ navigering gjorde det möjligt för 2020-teamet att välja en landningsplats, Jezero krater, som ansågs vara för riskabelt för tidigare uppdrag. Denna typ av autonom vägledning kan visa sig vara avgörande för att landa människor på ett säkert sätt. Det skulle också vara användbart för att landa utrustning i flera droppar före en mänsklig besättning.

Syre

Att leva på Mars kommer att kräva en stadig tillförsel av syre, vilket skulle bli kostsamt att transportera från jorden i nödvändiga volymer. En kubformad enhet som kallas Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) undersöker ett utrymmesbesparande alternativ som omvandlar koldioxid – som utgör cirka 96 % av Mars atmosfär – till syre. Även om MOXIE är en småskalig demonstration, förhoppningen är att dess teknologi kan utvecklas till större och effektivare syregeneratorer i framtiden. De skulle tillåta astronauter att skapa sin egen andningsluft och skulle ge syre för att bränna raketbränsle som behövs för att återvända människor till jorden.

Mer viktigt, MOXIES ättlingar skulle spara värdefullt utrymme på det första bemannade fordonet till Mars. Det skulle inte bara lämna mer utrymme för förnödenheter, det kan också minska kostnaderna och svårigheten att ta sig från jorden till Mars.

Vatten

Satelliter som kretsar runt den röda planeten tittar regelbundet under jorden med hjälp av radar, men Mars 2020 bär en markpenetrerande radar som kallas Radar Imager for Mars' Subsurface Experiment (RIMFAX) som kommer att vara den första som används på Mars yta. Mars 2020-forskare kommer att använda sina högupplösta bilder för att titta på begravd geologi, som gamla sjöbäddar. Men en sådan radar skulle en dag kunna användas för att hitta förråd av underjordisk is som astronauter kunde komma åt för att ge dricksvatten. Jezero Crater kommer sannolikt inte att ha några sådana cacher, men många finns på andra håll på Mars.

Rymddräkter

Damm och strålning är en del av varje Mars väderprognos. Damm blåser överallt, hålla sig till rymdskepp och täcka solpaneler. Och eftersom planeten inte har ett magnetfält, som jorden gör, solens strålning badar Mars yta. Jordens och Mars banor passar bäst för interplanetära resor vartannat år, vilket betyder att de första astronauterna på den röda planeten sannolikt kommer att utstå långa exponeringar för strålning.

För att hjälpa ingenjörer att designa rymddräkter för att skydda astronauter från elementen, NASA skickar fem prover av rymddräktsmaterial tillsammans med ett av Mars 2020:s vetenskapliga instrument, kallas Scanning Habitable Environments with Raman &Luminescence for Organics &Chemicals (SHERLOC). En bit av en astronauts hjälm och fyra sorters tyg är monterade på kalibreringsmålet för detta instrument. Forskare kommer att använda SHERLOC, samt en kamera som fotograferar synligt ljus, att studera hur materialen bryts ned i ultraviolett strålning. Det kommer att markera första gången rymddräktsmaterial har skickats till Mars för testning och kommer att ge en viktig jämförelse för pågående tester vid NASA:s Johnson Space Center.

Skydd

Människor som utforskar den röda planeten kommer att behöva mer än bra rymddräkter; de kommer att behöva en plats att bo. Mars 2020 kommer att samla in vetenskap som kan hjälpa ingenjörer att designa bättre skydd för framtida astronauter. Som NASA:s Curiosity-rover och InSight-lander, 2020 har väderinstrument för att studera hur damm och strålning beter sig under alla årstider. Denna svit av sensorer, kallas Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA), är nästa steg i den typ av vädervetenskap Curiosity samlar in.