Podczas niedawnego GP Styrii widzom dane było zobaczyć dziwne zachwowanie grafiki przedstawiającej pozycję Lance'a Strolla. Kanadyjczyk nagle spadał na ostatnią pozycję, strata do lidera co chwilę pokazywała brak danych i można było odnieść wrażenie, że nie wszystko znajduje się pod kontrolą w centrum przekazu. Oglądający angielską transmisję mogli usłyszeć komentatorów wspominających o kłopotach z transponderem w bolidzie z numerem 18. Czym więc jest transponder i jak Formuła 1 jest w stanie mierzyć czasy z dokładnością do trzech miejsc po przecinku?

Krótka historia czasu Formuły 1

Nie istnieje chyba lepsze miejsce do zareklamowania się jako producent zegarków niż F1, która utożsamia się ze splendorem, chirurgiczną precyzją oraz arcyważnymi ułamkami sekund.

Nic dziwnego więc, że aż osiem na dziesięć zespołów (z wyjątkami w postaci Alfy Romeo i Haasa) posiada sponsora trudniącego się produkcją czasomierzy. Dodatkowo od 2013 roku możemy cieszyć się z obecności Rolexa jako Głównego Partnera Czasowego Formuły 1.

Pomiar czasu okrążenia jest krytyczny dla każdego. Początkowo Formuła 1 dawała sobie radę, używając zwykłych stoperów, które przy bolidach różniących się nawet o parę sekund na okrążeniu były wystarczające.

Oczywiście pojawiały się momenty absurdalne - w 1954 roku, podczas GP Wielkiej Brytanii na torze Silverstone aż 7 kierowców ustanowiło taki sam, identyczny czas najszybszego okrążenia. Zgodnie więc z ówczesnymi regułami dodatkowy punkt został podzielony, a każdy z kierowców otrzymał 1/7 oczka na konto.

1954 British GP

W 1971 Enzo Ferrari i Jack Heuer podpisali umowę, na bazie której szwajcarska firma zobowiązała się opracować i dostarczyć dokładny system pomiaru okrążenia. Trzy lata później do Formuły 1 zawitał system ACIT (Automatic Car Identification Timing System).

System stworzył podwaliny dla aktualnych systemów pomiaru czasu i opierał się na transponderach zainstalowanych w każdym boldizie. Transponder, mający kształt małego pudełka, nadawał sygnał do odbiornika znajdującego się na linii mety. Każde z urządeń posiadało inną, unikalną częstotliwość nadawania, na podstawie której identyfikowany był bolid.

Z czasem Tag Heuer zastąpiony został przez holenderską firmę AMB wraz z ich systemem MYLAPS. Choć oficjalnymi sponsorami F1 na przestrzeni lat byli Siemens, LGH, Hublot czy aktualnie Rolex, to tak naprawdę do dzisiaj korzysta się właśnie z technologii MYLAPS.

Jak działa transponder?

Pierwsza poszlaka na drodze do odkrycia działania transpondera leży już w jego nazwie - pochodzi ona bowiem od połączenia słów transmiter oraz responder. W skrócie jest to urządzenie, które gdy otrzyma sygnał, odpowie na niego czasie rzeczywistym.

Rodzaj transpondera określany jest poprzez jego sposób zasilania. Może być ono pasywne lub aktywne.

Pasywnie zasilany transponder nie posiada własnego źródła prądu. Zasilanie takiego urządzenia opiera się zjawisku indukcji elektromagnetycznej. W magnetycznym pasku, w który pasywny transponder jest wyposażony, podczas przemieszczania się w polu elektromagnetycznym powstaje prąd, dzięki czemu możliwy jest odczyt danych z tranpondera.

pasywny transponder

Zaletą takiego typu transpondera jest niezwykła lekkość, która znajduje zastosowanie w sportach, gdzie liczy się każdy gram. Pasywne transpondery towarzyszą nam również na co dzień choćby w różnego rodzaju kartach, gdzie ukryte są w czarnym pasku.

Aktywny transponder posiada własne źródło zasilania, które umożliwia nieustanną emisję sygnału. Rozwiązanie takie pozwala na zastosowanie technologii o wiele wyższym stopniu skomplikowania (co przekłada się na dokładność transpondera), jak i na dużo większy zasięg.

Aktywne transpondery są już większe i cięższe, lecz te używane w motorsportach dalej oscylują w rozmiarach pudełka zapałek.

MYLAPS X2 transponder

Cel: 0.001 sekundy

Sobota 25 października 1997 roku zapisała się w historii jako dzień, w którym doszło do niemożliwego. Podczas kwalifikacji do GP Europy na torze Jerez nie dwóch, a trzech kierowców - Jacques Villeneuve, Michael Schumacher i Heinz-Harald Frentzen - ustanowiło identyczny czas pole position, czyli 1:21:072. Ostatecznie z pierwszego pola startował Kanadyjczyk, który ustanowił swój czas najbliżej początku sesji.

fot. Ferrari F310B, M. Schumacher, 1997

Wysoka precyzja urządzeń mierzących czas pozwoliła rozstrzygnąć komu należał się start z P1. Jednak osobną rzeczą jest mieć teoretyczną możliwość uzyskania takiego czasu, a inną sprawą jest to zrobić i to spójnie oraz niezawodnie.

Dużą rolę gra tutaj niepewność pomiaru - czyli to, jak bardzo wynik otrzymany może różnić się od rzeczywistego. Załóżmy, że dokładność stopera wynosi 0.1 s, a biegacz osiągnął wynik 11.3 s. Rzeczywistym czasem biegu może być każdy od 11.2 s do 11.4 s.

Niepewność pomiarowa

Choć zwykle w różnego rodzaju raportach wartości otrzymane podaje się z tolerancją czy niepewnością, nietrudno wyobrazić sobie jakim kuriozum byłoby podanie rekordu świata z widełkami czasowymi. Dlatego też pomiar okrążenia w F1 wymaga większej prezycji niż 0.001 s, aby niepewność pomiarowa nie wpływała na odczyt - w przypadku transponderów możliwe jest nawet zmierzenie czasu do jednej dziesięciotysięcznej sekundy.

Pomiar czasu

Każdy bolid Formuły 1 wyposażony jest w dwa transpondery - jeden umieszczony koło głowy kierowcy, drugi w linii przednich kół.

Regulamin techniczny F1, FIA

Dokładny transponder to jednak tylko pierwsza połowa sukcesu - reszta zależy od osprzętu na torze wyścigowym.

Drugą połową jest antena schowana w torze - jej rolę pełni pętla kabla, o rozstawie około 50-60cm, biegnąca przez całą szerokość asfaltu. By zamontować antenę, wykonuje się cięcie w asfalcie, głębokie na około centymetr, a następnie wprowadza się w nie kabel. Na koniec szczelina zalewana jest silikonem przemysłowym i wyrównywana.

Schemat transpondera

Każdy z bolidów posiada transpondery o unikalnym ID, co czyni identyfikację kierowcy dziecinnie prostą. Podczas przejazdu bolidu nad anteną wysyłany z transpondera sygnał jest zczytywany i przekazywany do dekodera schowanego w bandzie, na schemacie reprezentowanego przez czarny prostokąt.

Bazując na połączeniu z GPSem, dekoder jest w stanie dokładny określić punkt w czasie, w jakim otrzymał sygnał. Podobnie zbudowane czujniki znajdują się na polach startowych i polach pit stopu - pozwalają one określić, czy kierowca nie popełnił falstartu oraz jak długo trwał postój w boxach.

Pętle dekodera rozmieszczone są w odległości około 150-200 m od siebie na nitce toru i 40-50 m w alei serwisowej.

Informacje zbierane przez dekodery trafiają następnie do centrum przekazu F1, gdzie przekształcane są na dane w formie czytelniejszej dla widza.

Czas - start

Prawdopodobnie najważniejszym punktem toru wyścigowego jest linia startu-mety. Miejsce nie tylko rozpoczynające i kończące zmagania na torze, lecz również linia rozpoczynająca i kończąca pomiar czasu jednego kółka.

Choć pod linią w czarno-białą szachownicę znajduje sie tylko jedna pętla anteny, to jest ona podłączona do dwóch dekoderów symultanicznie. Gdy tylko pierwszy zaczyna szwankować, centrum przekazu momentalnie przełącza się na zapasowy.

Oczywiście mieć tylko jeden back-up, to jakby w ogóle nie mieć. Nie w sporcie, gdzie decydują tysięczne sekund i milimetry.

Gp Włoch 1971, Getty Images

Drugim, niezależenie działającym systemem, jest czujnik fotoelektryczny, bardzo podobny do tych w bramach wjazdowych.

Bolid przekraczający linię mety jednocześnie przecina wiązkę lasera, a czujnik w odbiorniku (fotorezystor, fototranzystor albo fotodioda, w zależności od budowy danego modelu) zgłasza zmianę natężenia światła. W tym momencie zapisywana jest godzina, w jakiej nastąpiło przecięcie wiązki.

Czujnik fotoelektryczny

Czujnik znajduje się około 30-40 cm nad linią startu-mety, i można go zlokalizować poprzez widoczny mały otwór w bandzie. Oczywiście taka metoda pomiaru czasu nie pozwala na automatyczną identyfikację bolidu, dlatego więc czuwa nad tym specjalnie zadedykowany zespół oficjeli, przypisujących kierowców do danego sygnału.

Sam czujnik fotoelektryczny posiada osobne zasilanie, zarówno od centrum przekazu, jak i anten transponderów, by w razie W coś zawsze działało. Trzecim zabezpieczeniem jest kamera do szybkich ujęć, stale patrząca na linię startu.

Szanse na zniszczenie któregoś z systemów są znikome, choć zawsze coś może pójść nie tak. Bariery na prostej startowej obrywają bardzo rzadko, wdarcie się bolidu na ponad centymetr w asfalt stoi w kolejce obok niemożliwości, a bandy teoretycznie zapewniają wystarczającą ochronę dekoderom.

Życie pisze jadnak swoje scenariusze i nieraz udowadnia, że niemożliwe nie istnieje. W 2002 roku podczas kwalifikacji na torze Suzuka Szkot Allan McNish, pokonując zakręt 130R, stracił kontrolę nad bolidem, uderzając w bandę. Choć kierowca wyszedł z wypadku bez poważniejszych obrażeń, impakt uszkodził włókno światłowodowe łączące dekodery z centrum przekazu, co spowodowało odcięcie dopływu danych o czasach kierowców.

Allan McNish

Dlatego też dziś Formuła 1 używa tylu back-upów oraz stara się być przygotowana na każdą możliwość - od burz z piorunami, przez sprawdzających miękkość barier kierowców, aż do utraty zasilania, by zawsze móc dostarczyć czas okrążenia z dokładnością do 0.001 s, a nam, widzom, nieskalane emocje walki o pierwsze pole startowe do wyścigu.