Как изменились шлемы пилотов Формулы-1 за последние 20 лет

К гибели Айртона Сенны привела трагическая случайность. После удара о бетонную стену в повороте «Тамбурелло» один из элементов подвески Williams FW16 бразильца пробил шлем на стыке между визором и корпусом, нанеся пилоту травмы, несовместимые с жизнью.


Шлем Айртона Сенны, в котором он вышел на старт Гран-при Сан-Марино 1994 года, был уничтожен спустя девять лет по решению семьи гонщика и руководства компании Bell

«Я не могу сказать, что предыдущее поколение шлемов к тому времени устарело, – говорит Стефан Коэн. – Шлем Айртона сработал так, как и должен был, но удар пришелся в самое уязвимое место. Однако FIA не могла остаться в стороне, и совместно с производителями были начаты исследования. Мы должны были понять, возможно ли повысить стандарты, требования к прочности». Последовавший за этим процесс Коэн называет «медлительным», и с ним трудно не согласиться. Первые прототипы, отвечающие новым требованиям, появились только спустя восемь лет, в 2002 году.

«Они были значительно лучше, могли поглотить большую энергию при ударе, но к тому моменту себестоимость каждого такого шлема составляла около 10-15 тысяч фунтов стерлингов», – говорит Коэн. Повысить прочность удалось благодаря появлению новых композитных материалов. Как и нынешние, шлем Сенны был сделан из карбона, но не из того, что используется производителями сейчас.


С 1994 года изменились не только шлемы. После аварии Сенны был пересмотрен и технический регламент самой Формулы-1. В Williams FW16 голова пилота, например, не была защищена практически ничем, кроме самого шлема

А вот Williams FW34 племянника бразильца – Бруно Сенны в 2012 году. Спустя полтора сезона после аварии Айртона в Формуле-1 стала обязательной боковая защита кокпита, и за прошедшие 20 лет посадка пилота изменилась очень сильно

«Композитные материалы сильно изменились за последние двадцать лет. Сейчас мы используем более «чистый», более прочный карбон, – рассказывает Стефан. – Когда люди слышат слово «карбон», им сложно понять, что это такое на самом деле. Он может быть разным. Грубо говоря, карбон можно найти и по цене 100 евро за килограмм. Но есть и такой, который будет стоить 1000 евро. Это абсолютно разные материалы, пусть и со схожими характеристиками. При производстве шлемов мы используем один из самых дорогих на сегодняшний день. Для примера, почти такой же материал Boeing использует для производства крыльев самолета модели 787».

Коэн говорит о карбоне T1000, каждая нить которого состоит из 12 тысяч волокон, примерно в 15 раз тоньше человеческого волоса. Общая длина карбонового волокна в одном шлеме составляет около 15 тысяч километров.

Десять лет спустя

После совместных исследований FIA и Bell технологии были переданы и другим поставщикам шлемов для пилотов Формулы-1. Стандарт FIA8860 стал обязательным в Формуле-1 только 1 июля 2004 года, спустя десять лет и два месяца с момента аварии Сенны в Имоле. Вместе с ним были введены и новые требования к жесткости по системе Snell – организации из США, проводящей сертификацию вело-, авто- и мотошлемов.

Каждый производитель должен представить для омологации шесть образцов для одиннадцати различных испытаний на прочность. Шлем с размещенным внутри муляжом головы общим весом в пять килограммов сбрасывают на предметы различной формы с высоты 4,6 метра – при ударе со скоростью 9,5 метра в секунду пиковое значение обратного ускорения при кратковременном воздействии не должно превышать 300 g – предельно допустимой перегрузки по стандартам Snell.



К шлемам стандарта 8860 применяются жесткие требования во время тестирования. Готовые изделия сбрасывают на четыре типа поверхности: плоскую, сферическую, тонкую балку и трубку. При тесте на «глубину разрушения» уже на сам шлем «роняют» четырехкилограммовую болванку. При этом конус не должен коснуться «головы»

Для стандартных мотоциклетных шлемов тесты проводятся на скорости 5,5 метра в секунду – по крайней мере, такие правила действуют в Европе. У многих стран есть собственные системы сертификации шлемов. «Для, скажем так, «обычных» гоночных шлемов подобные испытания проходят при скорости 7,2 метра в секунду, – говорит Коэн. – Разница по сравнению со скоростью 9,5 метра в секунду может показаться на первый взгляд незначительной, но поверьте, чтобы добиться безопасности в таких испытаниях, нужно было потратить немало времени и средств». Помимо этого, шлемы стандарта 8860 подвергаются и более жестким тестам на «глубину разрушения», когда на него сбрасывают остроконечные четырехкилограммовые болванки.


Чтобы наглядно продемонстрировать, насколько шлемы пилотов Ф-1 действительно прочны, конкуренты Bell из Schuberth проехали по изделию на 55-тонном танке. Корпус остался цел.


Как и карбоновые детали для гоночных автомобилей, шлемы для Формулы-1 выпекаются в автоклавах, но говорить о подробностях этого процесса Коэн отказывается. Производители не любят делиться секретами, даже когда работают над повышением требований к жесткости. «Мы не общаемся друг с другом напрямую, – рассказывает Коэн, – но ведем совместные исследования с Институтом FIA по безопасности. Обмен информацией идет только через него. В любом случае, главное – это не сам процесс выпечки, а качество используемых материалов: карбонового волокна, смол. Исследования направлены в том числе и на то, чтобы сделать подобные шлемы более доступными. Если в 2004 году, когда стандарт стал обязательным в Формуле-1, они стоили около 10 тысяч евро, то теперь розничная цена – около 3 тысяч. Конечно, себестоимость еще ниже. Но мы же должны как-то зарабатывать», – улыбается Коэн.

Гонщикам Ф-1 шлемы – около дюжины на каждого за сезон – достаются бесплатно по маркетинговым соображениям, но остальным за них приходится платить. Когда цены на шлемы нового стандарта стали более приемлемыми, FIA обязала использовать их и пилотов других серий, в том числе GP2, GP3 и WTCC. Стандарт 8860 перестал быть эксклюзивным для Формулы-1 в 2009 году.

Пенопласт для головы

Но корпус – это всего лишь корпус. Большая часть задачи по поглощению энергии удара приходится на внутреннюю подкладку. «Она изготовлена из материала, который большинство людей знают под называнием пенополистирол (expanded polystyrene или EPS). Материал, который обычно используют для шумоизоляции домов, упаковки техники. Это примерно такой же белый материал, который обнимает ваш новый телевизор внутри картонной упаковки, – объясняет Коэн. – Важны оба слоя: и сам корпус, и прокладка. При производстве обычных шлемов производители в 99 процентах случаев используют обычный EPS одной из крупных химических компаний. Тот материал, который используем мы при производстве шлемов стандарта 8860, схож по своим характеристикам с EPS, но имеет особую формулу. Мы разработали его совместно с маленькой химической компанией специально для Формулы-1».

«Чтобы добиться нужного результата, было сделано немало попыток. Мы испытываем множество вариантов, чтобы найти нужный баланс характеристик и пройти все необходимые тесты. Если использовать много EPS, то сделать шлем, который отвечал бы всем требованиям, не сложно. Но тогда шлем получится вот такого размера», – Стефан разводит руки, как хвастливый рыбак.

«Приведу простой пример, – продолжает Коэн. – Если ты сейчас возьмешь пять подушек, свяжешь их веревкой вокруг головы, а я тебя ударю, ты вряд ли почувствуешь боль. Но если у тебя будет всего одна подушка, то тебе будет больно. Нам был нужен материал, который поглощал бы энергию удара максимально эффективно. Мы могли бы сделать шлем больших размеров, но проблема в том, что гонщики хотят вертеть головами, когда пилотируют». Самый большой вызов для производителей – сделать шлем компактным и легким, не забывая при этом о жестких требованиях к поглощению энергии удара. Регламентом FIA установлен порог, согласно которому масса шлема не должна превышать 1,8 килограмма.


Те шлемы, которые сейчас предоставляют своим пилотам Bell, Arai и Schuberth, весят около 1,2 килограмма. Еще 20 лет назад они были вдвое тяжелее.


Пенополистирол отвечает и за теплоизоляцию. В этом плане FIA также настаивает на жестких тестах: в ходе испытаний шлемы подвергаются воздействию температуры в 800 градусов по Цельсию, при этом температура внутри него не должна превышать 70 градусов Цельсия на протяжении 45 секунд.


Забрало

Еще немного цифр: визоры шлемов в ходе тестов останавливают мелкие снаряды, пущенные со скоростью 500 километров в час. «Визоры сделаны из поликарбоната – самого подходящего на данный момент материала. Он прозрачный и прочный, – говорит Коэн. – И тут такая же история, что и с карбоном. Мы используем лучший поликарбонат из доступных: самый прочный, не царапающийся и так далее. Мы первыми внедрили новую технологию «двойного экрана».

Суть этой технологии – в двух слоях из поликарбоната разных свойств, между которыми есть небольшой зазор, заполненный воздухом. «На шлемах образца 2012 года он составлял 0,8 миллиметра – теперь мы увеличили его вдвое, чтобы улучшить изоляцию и противоударные характеристики», – поясняет Стефан. Толщина обоих слоев поликарбоната при этом составляет около трех миллиметров, а общая толщина визора – около 5 миллиметров.




Перед началом гонки на визоре закреплены пять тонких пленок, также изготовленных из поликарбоната. Толщина каждой пленки составляет всего 0,2 миллиметра – гонщики избавляются от них по мере загрязнения.

В 2011 году шлемы Формулы-1 в очередной раз изменились. И вновь к переменам привела авария: на Гран-при Венгрии 2009 года в шлем Фелипе Массы попала килограммовая пружина, оторвавшаяся от автомобиля Рубенса Баррикелло. Удар произошел на скорости более 200 километров в час и, по словам руководителя технической группы FIA Institute Энди Меллора, если бы на бразильце не было шлема стандарта 8860, последствия могли быть «значительно более серьезными». Пружина угодила в верхнюю часть визора, недалеко от точки крепления, сломав его и нанеся гонщику травмы. Тем не менее, уже в следующем году Фелипе вновь вышел на старт Гран-при, а спустя еще несколько месяцев производители шлемов представили решение для защиты уязвимой области.

Начиная с 2011 года все шлемы оснащены дополнительной панелью, которая покрывает верхнюю часть визора. «Она сделана из достаточно нового материала, зайлона, по характеристиками схожего с кевларом, но более прочного. Кевлар используется при производстве пуленепробиваемых жилетов, а с недавнего времени – для усиления боковых стенок кокпита в Формуле-1. В отличие от карбона, он не хрупкий, его волокна как раз и останавливают пули – если мы говорим о бронежилетах, – но при этом не разрушаются. Это именно то, что было нужно нам».

Индивидуальный подход
Гонщики Формулы-1 не только получают свои шлемы бесплатно, но и пользуются дополнительными привилегиями. Каждый пилот получает уникальный шлем, подкладка которого сделана специально для его формы головы. При помощи 3D-сканеров производители готовят виртуальную модель, составляя затем интерьер шлема в соответствии с полученными данными. «Раньше это была очень дорогостоящая процедура, но современные технологии позволяют сделать это достаточно дешево. Все, что нам надо, – это привести пилота в лабораторию, надеть на него балаклаву, и через несколько минут скан головы будет готов».

Индивидуальными также могут быть всевозможные накладки на шлемы: как аэродинамические, так и вентиляционные. Пластиковые накладки направляют воздух внутрь шлема через специальные отверстия. Всего их 10-15, и часть из них предназначена для отвода воздуха.

Совместная работа ведется и с командами. Вместе с ними производители шлемов разрабатывают аэродинамические накладки, которые могут помочь пилоту отыграть время на круге. В Arai, например, хвастались, что благодаря небольшим изменениям в дизайне шлема Хейкки Ковалайнена команда McLaren смогла убрать защитный экран на передней части кокпита, за счет чего финн отыграл 0,2 секунды с круга.

В 2013 году Bell снабдила своих пилотов шлемами нового образца. Визор стал меньше, крепления забрала новых шлемов теперь смещены вперед, а защитный слой из зайлона стал чуть больше. «Это позволило немного улучшить аэродинамику за счет смещения креплений и еще больше повысить безопасность на стыке между визором и корпусом шлема», – говорит Стефан. Пока уменьшенный визор не стал обязательным, но, как и в случае с полоской из зайлона, Bell предпочитает не дожидаться официальных директив от FIA. «Некоторые пилоты жаловались, что визор теперь открывается сложнее, но эту проблему было легко уладить, – добавляет Коэн. – Достаточно напомнить им, что это сделано для их же безопасности».


Что дальше?

Несмотря на все технологии и новые образцы шлемов, открытые кокпиты – по-прежнему главная угроза безопасности в современном автомобиле Формулы-1. Даже учитывая то, что шлемы стандарта 8860 подвергаются самым жестким испытаниям, пределы прочности есть даже у них. Перегрузки в 300 g, которые считаются предельными по стандартам Snell, многие эксперты называют чрезмерными. Даже обратное ускорение в 200 g может привести к серьезным травмам головы, а при больших значениях повлечет за собой травмы головного мозга, несовместимые с жизнью – ведь даже если корпус шлема выдержит удар, его энергия будет передана голове пилота.


После аварии в Венгрии в 2009 году Фелипе Масса перенес несколько операций, но через несколько месяцев вновь сел за руль Формулы-1

Случай с Фелипе Массой можно назвать уникальным. Технологии, разработанные FIA совместно с производителями, спасли ему жизнь, но бразильцу в определенном смысле повезло. Удар не был фронтальным, а пришелся по касательной, и попади пружина в шлем на несколько сантиметров в сторону, последствия могли быть иными. При «типичной» аварии основной удар принимает на себя шасси, а голова пилота защищена не только шлемом, но и монококом, и увеличенными боковыми стенками кокпита. Чтобы основной удар пришелся на шлем, должно случиться нечто выходящее из общего ряда.


Самыми опасными в современной Формуле-1 можно считать аварии, подобные той, что случилась на старте Гран-при Бельгии 2012 года. Lotus Романа Грожана пролетел в считанных сантиметрах от головы Фернандо Алонсо. Монокок Ferrari удар выдержал, но шлем гонщика поглотить всю его энергию вряд ли бы смог.