Odwrócony świat: Hamulce zapewniają większą prędkość
Jest połowa marca, na torze Circuit de Catalunya położonym na północ od Barcelony trwają jazdy testowe samochodów Formuły 1 przed rozpoczynającym się niebawem sezonem. Kierowca zespołu Ferrari Felipe Massa siedzi w skorupie tworzącej kokpit, a wokół niego krzątają się inżynierowie, zajęci przednim spojlerem bolidu Ferrari F60. Szlifują części z włókna węglowego, mierzą, szlifują dalej… To musi potrwać. A Massa nie może wysiąść – wymagałoby to rozmontowania połowy samochodu. Nie mając wyboru, 27-letni Brazylijczyk czeka.
Dokumentacja nie mówi, ile godzin w testowym dniu kierowca musiał spędzić, czekając w ciasnym kokpicie. Dostępnych jest za to wiele innych informacji: przejechał 92 okrążenia, a więc ponad 429 kilometrów. Jego najszybsze okrążenie trwało 1,345 minuty – tyle zajęło przejechanie 4655 metrów. Najlepszy tego dnia Rubens Barichello z nowego teamu Ross Brawn potrzebował o 1,751 sekundy mniej. 1,751 sekundy! W Formule 1 to cała wieczność. Nadrobienie tej wieczności nie jest jednak niemożliwe – pomocą służy sztab doskonale przygotowanych fachowców korzystających z najnowszych technologii. Na regale w boksie stoi pół tuzina monitorów, a obok leży otwarty notebook. Do tego dochodzi jeszcze pit wall, czyli przewoźna ściana monitorów umieszczona przed linią boksów, tuż przy prostej startowej. Wszystkie komputery są połączone z serwerem.
Ta cyfrowa armada stanowi serce boksu. Gdy Felipe Massa wyjeżdża na tor, na wyświetlaczach pojawia się niekończąca się rzeka liczb zawierających dokładne informacje o stanie samochodu – o prędkości obrotów jego silnika, szybkości jazdy, temperaturze oleju i ciśnieniu w oponach, o poziomie wibracji i położeniu pojazdu. Każda, nawet najmniejsza zmiana natychmiast znajduje odbicie w wyświetlanych liczbach. Dzięki nim inżynierowie zespołu wiedzą, nad jakimi ustawieniami muszą jeszcze popracować.
Bez pomocy komputera można byłoby darować sobie tak dokładną regulację parametrów samochodu – zwyczajnie nie byłoby czego regulować. Od ogólnych planów poprzez projektowanie silnika aż do konstruowania części aerodynamicznych – wszystko tworzy się w rzeczywistości wirtualnej z użyciem oprogramowania CAD. Również w fazie produkcji pomoc komputera okazuje się niezbędna. Jeszcze 5–6 lat temu konstruktorzy większość czasu musieli spędzać w tunelu aerodynamicznym – dziś ponad połowa testów jest symulowana przez potężne komputery. Nawet forma robionego na miarę konkretnego kierowcy siedzenia jest frezowana przez układ maszyn sterowanych komputerowo, zanim zostanie ręcznie wyłożona matami z włókna węglowego. Ponieważ w czasie wyścigu kierowca musi wytrzymać przeciążenia rzędu 4 g, a więc czterokrotnie większe od siły przyciągania ziemskiego, precyzja wykonania jest niezbędna – nawet najmniejsza nierówność oparcia powodowałaby u niego silny ból.
Przed rozpoczęciem tegorocznego sezonu Formuły 1 testy były potrzebne jeszcze bardziej niż kiedykolwiek wcześniej. Auta zostały całkowicie przeprojektowane – zmieniono opony, dostosowano do nowych przepisów przednie i tylne spojlery. Największa zmiana jest jednak ukryta za nierzucającym się w oczy symbolem umieszczonym na bolidzie. W modelu F60 zespołu Scuderia Ferrari znajdziemy go na górnej powierzchni nosa bolidu – to mały żółty trójkąt z symbolem błyskawicy i ostrzeżeniem “High Voltage”. Formuła 1 chciała nieco poprawić swój wizerunek, dlatego Max Mosler, szef Fédération Internationale de l’Automobile (FIA), wymyślił, by wyposażyć bolidy o mocy prawie 800 KM w system hybrydowy – KERS. Te cztery litery to skrót od nazwy Kinetic Energy Recovery System, czyli system odzyskiwania energii ruchu.
Zasada działania KERS jest prosta: gdy kierowca naciśnie hamulec, specjalna przekładnia uruchamia prądnicę. Ta minielektrownia przekształca energię obrotu osi w energię elektryczną, która jest przechowywana w akumulatorach. Naciśnięcie przez kierowcę odpowiedniego przycisku podczas przyspieszania powoduje z kolei, że generator staje się silnikiem przekazującym odzyskaną energię z powrotem na koła. W ten sposób można uzyskać zwiększenie mocy nawet o dodatkowe 60 kW, czyli całe 81 KM. Zgodnie z regulaminem FIA ten dopalacz może być wykorzystywany przez maksymalnie 6,6 sekundy w czasie każdego okrążenia. W tym sezonie stosowanie KERS jest dobrowolne, w przyszłym stanie się obowiązkowe.
Tajemnicze porażenie: Technicy F1 i ich niebezpieczna praca
KERS nie jest wynalazkiem Formuły 1 – Toyota wdrożyła odzyskiwanie energii nawet w samochodach seryjnych. Jednakże aby system mógł sprostać wymaganiom wyścigów, musiał zostać niemal wynaleziony na nowo. Baterie, układ prądnicy-silnika, elektronika sterująca – to wszystko nie mogło być zbyt duże i ciężkie, za to musiało cechować się ogromną wydajnością. Team naszego kierowcy Roberta Kubicy, BMW Sauber, zredukował masę całego urządzenia do około 30 kilogramów. Inne zespoły nie są równie wylewne, dzieląc się informacjami, ale tę wartość na pewno można traktować jako punkt odniesienia.
Oczywiście dodatkowy balast spowalnia bolid i – naturalnie – zwiększa zużycie paliwa. Ekologiczne argumenty Mosleya są więc nie do obronienia. Wciśnięcie przycisku wyzwalającego dodatkową moc ma jednak, przynajmniej teoretycznie, pozwolić na skrócenie czasu okrążenia o 10–20 proc. Dzięki systemowi KERS Formuła 1 nie będzie więc raczej bardziej przyjazna środowisku, za to jeszcze szybsza i bardziej widowiskowa – inteligentnie wykorzystywana dodatkowa rezerwa mocy pozwoli na spektakularne manewry wyprzedzania.
Wciąż nierozwiązany pozostaje jednak problem wizerunkowy. Podczas ubiegłorocznych testów technik teamu BMW Sauber został nagle porażony prądem. Na początku przyczyny wypadku były niejasne. – To zagadkowe – mówił Markus Duesmann, kierujący trwającymi w warsztacie BMW pracami nad układem napędowym – żaden z ponad tysiąca czujników zamontowanych w samochodzie nie pokazywał nieprawidłowości.
By dowiedzieć się, co właściwie się stało, w Monachium podjęto próby odtworzenia incydentu. Po sześciu tygodniach i 2000 godzin wytężonej pracy techników przyczyna stała się jasna – zawiniło wadliwe urządzenie sterujące. Okazało się, że czasami dochodziło do przebicia między siecią wysokiego napięcia układu KERS a 12-woltową instalacją elektroniki pokładowej. – Napięcie było przekazywane przez kable instalacji 12-woltowej do kierownicy, a następnie poprzez karbonową karoserię z powrotem do sterownika – wyjaśnia Duesmann. Gdy mechanik podczas testów dotknął jednocześnie kierownicy i panelu bocznego, przez jego ciało przeszedł prąd o wysokiej częstotliwości. Miał szczęście w nieszczęściu, bo skończyło się na kilku czerwonych śladach i otarciach skóry – oraz bólu.
Żaden z zespołów nie chce zdradzić, jak KERS spisuje się w czasie jazdy, choć oczywiście wszyscy w boksach znają odpowiedź na to pytanie. Każda z około dziesięciu tysięcy części, z których zbudowano bolid Formuły 1, jest przecież w czasie jazdy ciągle obserwowana. Setki sensorów rejestrują zmiany temperatury o dziesiątą część stopnia Celsjusza, każdy wstrząs, każde dotknięcie pedału hamulca. Wszystkie te informacje są po wyścigu wnikliwie analizowane i dają odpowiedzi na pytania: które komponenty są niedoskonałe, jaka reakcja kierowcy spowodowała utratę cennego czasu, a w najgorszym wypadku – jaka była przyczyna awarii?
By mieć co analizować, zespoły Formuły 1 wkładają wiele wysiłku w tworzenie systemów telemetrycznych. Telemetria to przekazywanie na odległość mierzonych wartości. W każdym z samochodów jest zamontowana czarna skrzynka, w której zapisuje się wartości parametrów badanych przez pojedyncze sensory. Wszystkie te informacje są przekazywane do boksów za pośrednictwem częstotliwości radiowej, zarezerwowanej przez FIA, już w trakcie wyścigu – każdy zespół dysponuje 20-metrową anteną umieszczoną na swojej ciężarówce ustawionej nieopodal. Do transmisji wykorzystuje się częstotliwość radiową 1500 MHz o parametrach zbliżonych do sygnału telefonii komórkowej. W normalnych warunkach, mimo wysokiej prędkości pojazdów, szerokość pasma z zapasem wystarcza do przesyłania zebranych danych – to tylko kilka kilobajtów na sekundę.
Autostrada danych: Komunikacja chroni przed awarią
Oczywiście nie da się wykluczyć zakłóceń. Na torach znajdujących się na terenie pagórkowatym lub lesistym połączenie często jest przerywane. Nie powoduje to jednak utraty danych – czarna skrzynka zapisuje je w pamięci tymczasowej i wysyła, gdy tylko połączenie zostanie ponownie nawiązane. W tym celu wszystkie teamy wystawiają przed swoimi boksami jeszcze jedną antenę, pobierającą dane z pojazdów podczas ich przejazdu po długiej prostej startowej. Jedno okrążenie to około 4 MB danych zapisywanych na serwerach umieszczonych w boksach i – ze względów bezpieczeństwa – od razu wysyłanych przez łącza satelitarne do centrów obliczeniowych poszczególnych zespołów.
Cały ten wysiłek jest nieunikniony, gdyż zebrane dane są niezwykle przydatne już w czasie trwania wyścigu – decydują nawet o jego przebiegu. Dzięki nim kierowca może zareagować na określoną sytuację: na przykład jeśli istnieje niebezpieczeństwo przegrzania silnika, usłyszy przez radio zalecenie, by nie podjeżdżać zbyt blisko pojazdu jadącego przed nim – w cieniu aerodynamicznym na chłodnicę nie będzie wpadał wystarczająco silny strumień powierza. W innych sytuacjach pozostawanie w cieniu jest ze wszech miar wskazane – dzięki temu kierowca oszczędza paliwo, co może pozwolić mu na opóźnienie zaplanowanego tankowania w boksie i wyprzedzenie rywala.
Transmisja parametrów pojazdu jest oczywiście szyfrowana, by konkurenci nie dowiedzieli się o takich taktycznych zagrywkach. Na szczęście – zgodnie z przepisami FIA – wszyscy możemy słuchać komunikatów nadawanych z boksów, a więc zaleceń dla kierowców na torze. Zespoły bardzo obawiają się kradzieży danych – i mają ku temu powody. W lecie 2007 Formułą 1 wstrząsnął wielki skandal związany z ujawnieniem danych. Technik zespołu Ferrari przekazał konkurentom ze stajni McLaren Mercedes płytę CD zawierającą poufne informacje o członkach teamu – łącznie z listą zarobków – oraz szczegóły techniczne nowego auta włoskich weteranów F1. Brudna transakcja wyszła jednak na jaw. McLaren Mercedes zaakceptował nałożoną nań karę w wysokości 100 milionów dolarów.
Ferrari łamie tabu: Dane telemetryczne dostępne w Sieci
W czasach kryzysu zespoły Formuły 1 próbują przyciągać publiczność różnymi nowościami. Przy okazji jazd testowych w Barcelonie Ferrari zaprezentowało wybranym dziennikarzom swoją nową stronę internetową. Rozbudowana, elegancka witryna zastąpiła poprzednią, która zdążyła już się zestarzeć, dokładnie w momencie, gdy rozpoczynano nowy sezon. Odwiedzający ją mają możliwość poznania nigdy wcześniej nieujawnianych sekretów producenta kultowych aut. Materiał wideo przeniesie nas do warsztatów w Maranello, w których zobaczymy lakiernię i proces montażu. Niektóre z zamieszczonych na stronie informacji były nowością nawet dla doświadczonych dziennikarzy motoryzacyjnych. Naturalnie nie zabrakło wirtualnego toru wyścigowego, na którym możemy spróbować swoich sił w pojedynku z wirtualnym Michaelem Schumacherem, który jednak jeździ na tyle zachowawczo, że wynik nie jest z góry przesądzony.
Nowa strona szczególnie ucieszy fanów techniki. Sekcja sportów motorowych poza tajnikami budowy bolidów zawiera bowiem też informacje o kierowcach i absolutną nowość – w kilka godzin po każdym wyścigu ujawniane są dane telemetryczne dotyczące najszybciej przejechanego okrążenia każdego z zawodników zespołu: szybkość, prędkość obrotowa, bieg i siła hamowania.
Nawet jeśli to, co ujawnia Ferrari, jest tylko niewielką częścią zebranych parametrów telemetrycznych, mamy do czynienia z przełamaniem pewnego tabu. Dotąd nawet kierowcy mogli oglądać tylko własne dane – informacje o przejeździe kolegów z teamu były dla nich niedostępne. W przyszłości Felipe Massa będzie mógł więc dokładnie przyjrzeć się najlepszym okrążeniom Roberta Kubicy – na przykład kiedy znów zamknięty w kokpicie będzie czekał na techników.
KERS: hybrydowy system dla Formuły 1
Od tego sezonu zespoły Formuły 1 mogą stosować system odzyskiwania energii KERS. Jak działa ta technologia?
Podczas hamowania moment obrotowy jest przekazywany poprzez przekładnię do prądnicy zasilającej akumulatory. Dodatkowa energia zgodnie z przepisami F1 może być wykorzystana w czasie każdego okrążenia tylko przez 6,6 sekundy. Doprowadza się ją do osi napędowych przez dwa silniki elektryczne, przez co moc bolidu wzrasta o dodatkowe 81 KM. Do magazynowania energii dochodzi jedynie przy hamowaniu, ponieważ siła potrzebna do napędzania prądnicy bardzo szybko wyhamowałaby bolid podczas normalnej jazdy.
