Спросите любого случайного наблюдателя о Формуле 1, и один из первых его комментариев, вероятно, будет о том, насколько быстры эти машины.
Их трудно винить. Скорость — это, пожалуй, определяющая черта Формулы 1, и эта категория долгое время гордилась тем, что является самой быстрой серией автоспорта — по крайней мере, когда речь идет о времени прохождения кругов на традиционных трассах.
Однако не менее важной, чем максимальная скорость болида Формулы 1, является его способность быстро и надежно замедляться и останавливаться. Эта способность значительно влияет как на безопасность, так и на возможность болидов Формулы 1 быть быстрыми на трассах, которые могут включать как прямые участки на полном газу, так и медленные шпильки, часто идущие друг за другом.
Хотя аэродинамика болида Формулы 1 несколько способствует замедлению за счет сопротивления, подавляющее большинство этой нелегкой задачи ложится на тормозную систему автомобиля.
Неудивительно, что тормозные характеристики постоянно улучшались на протяжении всей истории этого спорта, поскольку инженеры стремились как к повышению безопасности, так и к сокращению времени на круге, которое могут обеспечить более эффективные и надежные тормоза. Этот процесс разработки привел к улучшению тормозных характеристик, которые идут в ногу или даже превосходят разработки, повышающие максимальные скорости в Формуле 1, и в результате современные болиды Формулы 1 обладают почти невероятной тормозной мощностью.
Однако путь к современным тормозным системам Формулы 1 был долгим. В начале своего существования тормоза болидов Формулы 1 мало чем отличались от тормозов дорожных автомобилей того времени и по современным меркам были почти смешно примитивными.
Возможно, самое большое отличие между тормозами первых болидов Формулы 1 и современных заключается в том, что ранние автомобили Формулы 1 использовали барабанные тормоза, в то время как все современные болиды Формулы 1 и многие дорожные автомобили используют дисковые тормоза.
Как понятно из названия, барабанные тормоза используют вращающийся тормозной барабан, который соединен с колесом и к внутренней поверхности которого прижимаются так называемые тормозные колодки для создания тормозного усилия. Дисковые тормоза, с другой стороны, заменяют барабан на диск, а отдельный суппорт удерживает тормозные колодки и прижимает их к обеим сторонам диска с помощью поршня, когда водитель нажимает на педаль тормоза, чтобы остановить автомобиль.
Эти два наиболее распространенных типа тормозов в дорожных автомобилях до сих пор используются. Однако в автоспорте барабанные тормоза повсеместно признаны как устаревшая конструкция с тенденцией к перегреву и снижению эффективности торможения.
Тем не менее, барабанные тормоза были нормой как в дорожных автомобилях, так и в автоспорте в 1950-х годах, и их позиция не подвергалась сомнению на протяжении десятилетий. Все изменилось, когда Jaguar использовал чугунные дисковые тормоза на своем спортивном автомобиле C-type в 1953 году, который выиграл 24 часа Ле-Мана того года во многом благодаря своим превосходным тормозным характеристикам по сравнению с конкурентами. Естественно, что это не могло остаться незамеченным командами Формулы 1, и они начали осторожно присматриваться к дисковым тормозам.
Несмотря на демонстрацию Jaguar их потенциальных преимуществ, внедрение дисковых тормозов в Формуле 1 было на удивление медленным. Сомневающиеся по-прежнему смотрели на них с подозрением, считая, что они слишком сложны из-за большего количества компонентов по сравнению с барабанными тормозами. Это, в свою очередь, вызвало опасения по поводу возможных проблем с надежностью при переходе на них.
В результате, потребовалось до 1957 года, чтобы автомобиль, оснащенный дисковыми тормозами, выиграл чемпионат Формулы 1, когда Стирлинг Мосс одержал три победы на своем Vanwall, который использовал дисковые тормоза с момента своего дебюта в 1954 году.
![Когда Стирлинг Мосс и Тони Брукс выиграли Гран-при Великобритании 1957 года на автомобиле Vanwall с дисковыми тормозами, они доказали, что эта технология имеет будущее в спорте. [Фото: Terry Whalebone]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_66b19fc0cbb16e007f4f5bc3_66b1a08db9a7c62fd947e7e1/scale_1200)
С этого момента аргументы скептиков становились все более и более неубедительными, и внедрение среди других команд ускорилось. К началу нового десятилетия в 1960 году почти все серьезные команды перешли на дисковые тормоза и больше не оглядывались назад. Действительно, дисковые тормоза по-прежнему повсеместно используются в автоспорте, включая Формулу 1.
Всеобщее принятие дисковых тормозов не утолило жажду команд к еще лучшим тормозным характеристикам, и следующей областью, на которую они обратили внимание, стали сами тормозные колодки. В этом поиске они натолкнулись на то, что оказалось одним из самых непревзойденных компонентов в истории Формулы 1.
Этот компонент был тормозной колодкой DS11, разработанной и изготовленной фирмой Ferodo для использования на тяжелом промышленном оборудовании, таком как землеройные машины. Вы бы подумали, что это далекое от мира Формулы 1 устройство.
Несмотря на маловероятный источник, оказалось, что износостойкие DS11 были одинаково хорошо подходят для требований к надежному торможению мощного гоночного автомобиля, и команды Формулы 1 быстро это поняли.
Автомобили, оснащенные колодками DS11, быстро доказали свою меньшую склонность к снижению эффективности торможения, при этом они могли использовать физически меньшие тормоза и меньшее охлаждение тормозов по сравнению с конкурентами, сохраняя при этом ту же тормозную мощность. Естественно, это очень порадовало конструкторов автомобилей, поскольку воздуховоды тормозов и охлаждающие воздуховоды были, и остаются, основным источником аэродинамического сопротивления, которое можно было минимизировать благодаря колодкам Ferodo.
Однако, DS11 были немного капризными, и команды вскоре поняли, что им нужно обращаться с тормозами определенным образом, чтобы добиться от них наилучшей производительности. Обычно это включало несколько кругов для "притирки" тормозов после установки новых колодок, когда воздуховоды тормозов автомобиля были полностью закрыты, чтобы вызвать экстремальные температуры в колодках и привести их в рабочее состояние. В результате водители иногда с подозрением относились к замене хорошо притертых колодок на новые.
Однако после притирки преимущества DS11 говорили сами за себя. Между 1961 и 1981 годами ошеломляющие 265 из 267 гонок Формулы 1 в этот период были выиграны на автомобилях, оснащенных колодками Ferodo. Только Гран-при Франции 1962 года и Гран-при Италии 1978 года были выиграны с использованием тормозных колодок других производителей. Даже прославленный двигатель Ford-Cosworth DFV не может похвастаться таким уровнем доминирования и долговечности.
К 1970-м годам сочетание чугунных дисковых тормозов с алюминиевыми суппортами и тормозными колодками DS11 было почти бесспорным. Они представляли собой одно из готовых решений, которые, как и двигатель DFV и коробка передач Hewland, стали определяющими для "гаражной" эры Формулы 1. Однако в том же десятилетии начали проявляться первые трещины в некогда непоколебимом доминировании этой комбинации, поскольку в Формуле 1 появилась новая парадигма торможения.
Причина этого связана с тем, о чем я уже говорил в предыдущих статьях. Болиды Формулы 1 конца 1970-х годов достигали просто беспрецедентных скоростей благодаря распространению турбированных двигателей и аэродинамики с эффектом земли. Хотя это делало гонки зрелищными, производительность этого нового поколения автомобилей означала, что даже проверенные временем DS11 начали испытывать трудности с адекватным замедлением автомобилей, и команды начали искать решения своей тормозной дилеммы.
Некоторые, такие как Renault, экспериментировали с водяным охлаждением (что дало соперникам повод для известного лазейка через несколько лет), но команда Brabham нашла то, что в конечном итоге стало новым трендом в тормозных системах Формулы 1 — карбоновые тормоза.
Идея заключалась в том, чтобы заменить устоявшиеся чугунные диски и колодки DS11 на диск и колодку, изготовленные из углеродного композита, невероятно устойчивого к высоким температурам. Теоретически, система предлагала большие преимущества, обещая фактически полностью исключить снижение эффективности торможения, уменьшить вес и предложить очередной скачок в производительности, который мог бы идти в ногу с прогрессом в производительности автомобилей, происходящим по мере того, как аэродинамика становилась все более понятной. Однако до достижения зрелости концепции предстоял долгий путь.
Карбоновые тормоза на самом деле дебютировали в Формуле 1 до того, как появились эффект земли и турбонаддув, когда команда Surtees тестировала их зимой 1975 года, используя чугунные тормозные диски с углеродными вставками, но не продвинулась дальше. После этого основным сторонником карбоновых тормозов стала команда Brabham, которая всегда готова была попробовать новую технологию и использовала аналогичные чугунные диски с углеродными вставками и углеродными тормозными колодками в гоночных условиях на автомобиле BT45 Карлоса Пейса на Гран-при Австрии 1976 года.
Ранние разработки оказались проблематичными, не в последнюю очередь потому, что рабочие температуры карбоновых тормозов значительно выше, чем у обычных тормозных дисков, с оптимальной температурой около 700°C.
Brabham изначально испытывала трудности с адаптацией, и короткий опыт Пейса с этой технологией на Österreichring закончился ужасающей аварией на высокой скорости после того, как гибридные диски из чугуна и углерода расширились из-за перегрева и его тормозная жидкость закипела, оставив его без тормозов на опасной австрийской трассе. Поскольку автомобили 1976 года еще не достигали скоростей, которые действительно могли бы воспользоваться преимуществами карбоновых тормозов, система была в значительной степени отложена на остальную часть года.
Однако Brabham не сдалась и постепенно продолжала разрабатывать свои новые тормоза на тренировках и тестовых сессиях в последующие сезоны, отказавшись от чугунных дисков с углеродными вставками в пользу более современных полностью углеродных тормозных дисков, на которых Ники Лауда смог одержать победу на трагическом Гран-при Италии 1978 года.
Постепенно, по мере того как эффект земли и турбонаддув начали набирать обороты, и другие команды начали действительно испытывать трудности с торможением, стремление Brabham к карбоновым тормозам стало выглядеть все более оправданным. Более высокие скорости, достигаемые автомобилями в 1980-х годах, одновременно увеличивали пределы возможностей обычных тормозов и также лучше способствовали достижению более высоких температур, в которых карбоновые тормоза работают лучше, чем автомобили 1970-х годов.
К 1981 году Brabham была достаточно уверена в своих экспериментальных тормозах, чтобы использовать их в качестве стандартного оборудования на специальном квалификационном автомобиле Нельсона Пике, который также оснащался хитрым высококомпрессионным двигателем Cosworth и, по слухам, имел недостаточный вес. Производительность тормозов была достаточно хороша, чтобы бразилец занял четыре поул-позиции с помощью этого автомобиля, несмотря на то, что у него не было турбированного двигателя, и это стало неотъемлемой частью его успешного пути к титулу в том году.
Вдохновленные, в следующем году Brabham пошли еще дальше в своем использовании карбоновых тормозов, которые к тому времени стали достаточно зрелыми. В то время как турбированный автомобиль BT50 команды все еще использовал проверенные временем DS11, начальные трудности заставили их снова задействовать старый BT49 в обновленном виде. Одним из этих обновлений стали карбоновые тормоза, которые были установлены в качестве стандартного оборудования и использовались в двух гонках — в Бразилии (хотя позже они были дисквалифицированы) и в Монако.
К тому времени конкурирующие команды начали понимать потенциальные преимущества карбоновых тормозов и стремились внедрить их у себя. Однако этим конкурентам предстояло пройти тот же долгий процесс разработки, который занял у Brabham несколько лет для устранения начальных проблем.
Renault была одной из команд, которые относительно рано последовали примеру Brabham, тестируя карбоновые тормоза, поставленные итальянской фирмой Brembo, которая до сих пор присутствует в Формуле 1, на тренировках в течение 1983 года.
Однако именно McLaren по-настоящему закрепила карбоновые тормоза в Формуле 1, возглавив этот процесс даже перед Brabham. После первых тестов за закрытыми дверями в конце 1982 года они разработали установку с французской фирмой SEP, которая превзошла все другие в Формуле 1, интегрировав охлаждающие отверстия для уменьшения теплового напряжения на диске и улучшения производительности.
Эта установка была стандартной на всепобеждающем автомобиле McLaren MP4/2 в 1984 году, который стал первым автомобилем, выигравшим титул, используя карбоновые тормоза на каждом этапе (Brabham использовала их на отдельных гонках в своей чемпионской кампании 1983 года, но на нескольких гонках возвращалась к обычным тормозам). С учетом того, насколько впереди были McLaren в том году, гоночное сообщество Формулы 1 больше не могло позволить себе игнорировать жизнеспособность карбоновых тормозов.
Как и при предыдущей революции дисковых тормозов в 1950-х годах, началась гонка на вооружение, чтобы обновиться, и такие поставщики, как Brembo и Carbone Industrie, были завалены новыми заказами. К концу десятилетия почти все перешли на новую парадигму, и тормоза Формулы 1 больше никогда не будут прежними.
Насколько революционными были карбоновые тормоза, ясно из того, что они используются по сей день, почти 50 лет спустя после того, как Surtees и Brabham впервые экспериментировали с этой технологией.
Конечно, за это время были дальнейшие разработки. В последние годы команды довели до логического предела использование перфорированных дисков, впервые представленных McLaren в том году, с более чем тысячей сложных охлаждающих отверстий, пронизывающих тормозные диски современных болидов Формулы 1, поскольку команды ищут каждое преимущество, которое могут извлечь. Только недавнее регулирование, ограничивающее количество отверстий на тормозном диске, смогло положить конец этой гонке вооружений.
Команды также экспериментировали в конце 1980-х и начале 1990-х годов с использованием нескольких суппортов на колесо, чтобы еще больше увеличить свои тормозные способности, хотя это в конечном итоге потеряло популярность из-за проблем с весом и охлаждением. В начале 1990-х годов системы антиблокировки тормозов также на короткое время завоевали популярность, особенно на чемпионском FW15C команды Williams, хотя они были быстро запрещены FIA в их крестовом походе против вспомогательных систем для водителей.
Возможно, самым известным тормозным нововведением 1990-х годов снова стала идея команды McLaren, которая первоначально была строго засекреченной.
В 1997 году McLaren только начинала выходить из периода сравнительной неконкурентоспособности. Они не выигрывали гонку с 1993 года, но с подписанным соглашением на поставку двигателей Mercedes и новым техническим директором Эдрианом Ньюи, будущее выглядело светлым.
Команда также доказала, что не утратила свой инновационный дух за время отсутствия на переднем плане, и во второй половине сезона ходили слухи, что команда делает что-то особенное с их тормозной системой, чтобы уменьшить недостаточную поворачиваемость и увеличить конкурентоспособность. Это подтверждалось наблюдениями, что тормозные диски автомобилей McLaren могли светиться в середине поворота на некоторых гонках.
Хотя McLaren поначалу удавалось держать в секрете то, что они делали, к концу сезона их разоблачил фотограф Даррен Хит, которому удалось сфотографировать кокпит машины Мики Хаккинена на Гран-при Люксембурга.
Фотография Хита показала, что в кокпите McLaren был скрытый дополнительный педаль. В сочетании с предыдущими наблюдениями, что тормозные диски автомобиля светились в необычных местах на трассе, не потребовалось много времени, чтобы понять, что происходит.
Долговременный инженер McLaren Стив Николс придумал идею использовать систему, которая применяла тормоза только на одной стороне автомобиля, чтобы сбалансировать его в поворотах и уменьшить недостаточную поворачиваемость.
Несмотря на то, что система была чрезвычайно простой в реализации — требовала только дополнительного тормозного главного цилиндра и соответствующей дополнительной педали и трубопроводов — добавление, как утверждали, давало преимущество до полсекунды на круг.
Предсказуемо, что соперники выразили возмущение, когда устройство было раскрыто, но окончательный вердикт по его легальности не был вынесен к началу следующего сезона 1998 года, поэтому McLaren оставила "систему управления торможением" в своем автомобиле.
Более того, они фактически развили систему дальше, позволив водителю определять, какая сторона автомобиля будет тормозиться при входе в каждый поворот, а не фиксировать это на одну сторону на всю гонку, как это было сделано в 1997 году. С системой на борту их нового автомобиля MP4/13, разработанного Ньюи, McLaren абсолютно доминировала в первом этапе сезона в Австралии, заняв комфортное первое и второе места как в квалификации, так и в гонке.
Это только усилило протесты со стороны соперничающих команд, и уже во второй гонке сезона 1998 года система "fiddle brake", как ее называли соперники, была без церемоний запрещена FIA, к большому разочарованию McLaren.
Тем не менее, в конце сезона McLaren все равно выиграли оба титула, нарушив семилетнюю засуху в чемпионатах. Если уж на то пошло, запрет только укрепил систему "управления торможением" как одно из легендарных нововведений Формулы 1 прошлого.
Наследие системы "управления торможением" McLaren по-прежнему ощущается и сегодня, поскольку недавнее объявление FIA обновило технические регламенты на 2024 год, уточнив, что любые системы, создающие асимметричные тормозные силы, запрещены. Это поднимает вопрос о том, не воскресил ли кто-то на современной решетке старую уловку с "управлением торможением" в модернизированной форме.
Сегодня команды могли бы легко внедрить такую систему без необходимости в заметной дополнительной педали или подобных устройствах, и это во многом благодаря последним двум тормозным инновациям, о которых я расскажу в этой статье — тормозам с электронным управлением (brake-by-wire) и рекуперативному торможению. Хотя эти две технологии появились в Формуле 1 в разное время, во многих отношениях они идут рука об руку и обе представляют собой введение электроники и компьютеризации в тормозную систему автомобиля Формулы 1.
Из этих двух технологий первым появилось рекуперативное торможение, став ключевой частью системы KERS (системы рекуперации кинетической энергии), дебютировавшей в Формуле 1 в 2009 году.
KERS давала водителям автомобилей, оснащенных системой, дополнительный буст мощности в 80 лошадиных сил, который можно было использовать в качестве средства для обгона и который мог быть задействован до 6,67 секунд на каждом круге.
Рекуперативное торможение было ключом к зарядке батареи KERS, позволяя использовать буст несколько раз за гонку. По сути, тот же мотор, который обеспечивал мощностной буст, работал в обратном направлении при торможении, действуя как генератор для создания электрической энергии вместо ее расходования. Это повышало эффективность, преобразуя энергию, которая обычно терялась бы в виде тепла в обычных тормозах автомобиля, в полезную электрическую энергию, а сопротивление, создаваемое генератором, также помогало замедлять автомобиль при торможении.
С тех пор значимость рекуперативного торможения только возросла, поскольку в 2014 году Формула 1 ввела полные гибридные силовые установки, увеличив выход KERS (теперь переименованного в MGU-K) и сделав систему рекуперативного торможения еще более эффективной. Серии, такие как Formula E, пошли еще дальше, отказавшись полностью от обычных тормозов на задних колесах и использовав вместо этого только сопротивление системы рекуперативного торможения для замедления.
Упомянутые выше гибридные силовые установки 2014 года также принесли с собой последнюю тормозную инновацию, о которой я расскажу, — тормоза с электронным управлением (brake-by-wire). Это стало ключевым развитием, поднявшим рекуперативное торможение и, в целом, тормозные системы Формулы 1 на новый уровень.
Система brake-by-wire на современном болиде Формулы 1 работает в первую очередь на задних тормозах, поскольку именно на задние колеса также действует дополнительный тормозной эффект MGU-K.
В результате этого водители с 2009 по 2013 годы сообщали, что эффективность торможения их автомобилей менялась, когда автомобиль собирал энергию при торможении, по сравнению со сценариями, когда это было невозможно (например, если аккумулятор был полным или водитель использовал все разрешенное количество KERS на этом круге). С усилением гибридного компонента с 2014 года это явление обещало только усугубиться и могло сделать автомобили чрезвычайно сложными в управлении.
Brake-by-wire стал решением этой потенциальной проблемы и был введен одновременно с новыми гибридными силовыми установками в 2014 году. Эта система фактически устранила физическую связь между педалью тормоза и задними тормозами, заменив ее электронной системой, которая могла учитывать изменения в эффективности торможения, вызванные MGU-K, с помощью программного обеспечения, а также легко регулироваться водителем в соответствии с его предпочтениями.
Результат заключается в том, что при правильной работе системы brake-by-wire современный болид Формулы 1 имеет стабильную эффективность торможения независимо от того, полный ли у него накопитель энергии или пустой. Это, в свою очередь, позволяет водителям извлекать максимум из своего автомобиля на каждом круге, так как они могут рассчитывать на то, что тормоза будут работать так, как они ожидают.
В этом заключается суть всех инноваций в тормозных системах Формулы 1. Будь то дисковые тормоза, карбоновые тормоза или рекуперативное торможение, все эти нововведения являются результатом неустанной работы инженеров, стремящихся создать тормоза, которые более надежны, быстрее останавливают автомобиль, уменьшают вероятность ошибок и, в целом, помогают водителям улучшать свою производительность.
Однако, когда все сказано и сделано, эти разработки сами по себе не могут замедлить болид Формулы 1 или обеспечить потрясающее время на круге. Эта задача ложится на плечи очень человеческого водителя, сидящего в кокпите автомобиля, чья работа — тормозить как можно позже, приближаться к пределам круга за кругом и извлекать производительность, которую делают возможной эти инженерные нововведения.
Именно это столкновение технологии и таланта заставляет нас продолжать смотреть Формулу 1.
