Dù nhận diện tay đua là một mục đích của mũ bảo hiểm, nhưng nhiệm vụ quan trọng nhất của nó vẫn là bảo vệ họ khi có tai nạn xảy ra. Điều này đòi hỏi một sự cân bằng tinh tế giữa lớp vỏ ngoài đủ cứng để chống lại việc bị đâm thủng hay nghiền nát bởi các mảnh vỡ và va chạm, cùng một cấu trúc bên trong đủ mềm để phân tán năng lượng và nâng đỡ đầu tay đua trong một cú tông xe.
Thách thức trong việc đáp ứng các tiêu chí này đã chứng kiến công nghệ mũ bảo hiểm dần được tinh chỉnh và cải thiện theo thời gian, nhằm thỏa mãn những yêu cầu an toàn ngày càng cao của môn thể thao này, chuyển mình từ những giải pháp thô sơ thời kỳ đầu đến những siêu phẩm sử dụng sợi carbon tiên tiến ngày nay.
Những năm đầu tiên của mũ bảo hiểm F1
Khi giải vô địch thế giới F1 khởi tranh vào năm 1950, giới tay đua đã tồn tại một sự phân hóa rõ rệt về quan điểm đối với việc bảo vệ vùng đầu.
Một nhóm - đặc biệt là những tay đua kỳ cựu từng chinh chiến từ trước Thế chiến thứ hai, tin rằng trang bị duy nhất họ cần chỉ là một chiếc mũ vải lanh đơn giản đi kèm với kính bảo hộ để ngăn bụi bẩn bắn vào mắt.
Ngược lại, một số khác đã bắt đầu lựa chọn sử dụng mũ bảo hiểm, dù chúng khác xa so với những gì chúng ta thấy ngày nay. Về thiết kế, chúng có hình dáng tương tự loại mũ bảo hộ "cứng" tại các công trường xây dựng hiện đại, vốn chỉ che được phần đỉnh đầu của tay đua.
Vật liệu được sử dụng cũng hoàn toàn khác biệt so với các loại vật liệu composite tiên tiến hiện giờ. Thay vào đó, những chiếc mũ đời đầu được cấu tạo chủ yếu từ gỗ bần (cork) nhằm mang lại một chút khả năng hấp thụ xung lực. Lớp vỏ ngoài được phủ sơn mài cứng để phần nào chống lại các tác động đâm xuyên hoặc va đập mạnh trong trường hợp xảy ra tai nạn.
Nếu đặt vào bối cảnh thiết kế hiện đại, những chiếc mũ này cung cấp rất ít sự bảo vệ. Tuy nhiên, ở thời điểm đó, chúng vẫn được coi là những sản phẩm công nghệ hàng đầu và là một bước tiến rõ rệt so với mũ vải. FIA cũng sớm nhận thấy đây là một biện pháp an toàn thiết yếu và đã bắt buộc các tay đua sử dụng mũ bảo hiểm kể từ năm 1952. Quy định này vẫn được duy trì nghiêm ngặt cho đến tận ngày nay.
Sự đột phá và đổi mới cuối thập niên 1950
Dù có quy định bắt buộc từ FIA, công nghệ sản xuất mũ bảo hiểm trong những năm đầu thập niên 1950 vẫn dậm chân tại chỗ. Gỗ bần và sơn mài vẫn được coi là những chất liệu "thời thượng" nhất. Cải tiến đáng kể duy nhất thời bấy giờ là việc một số tay đua bắt đầu sử dụng mũ có kính chắn gió tích hợp, giúp họ không còn phải đeo kính bảo hộ rời. Mike Hawthorn - nhà vô địch thế giới năm 1958, là một trong những người tiên phong sử dụng giải pháp này trên chiếc mũ Everoak làm từ gỗ bần của mình.
Thế giới mũ bảo hiểm F1 khi đó đã quá chín muồi cho một cuộc cách mạng, và sự bùng nổ cuối cùng đã đến ngay khi thập niên 1950 khép lại để nhường chỗ cho những năm 60.
Cái tên đứng sau cuộc đại tu này chính là công ty Bell Helmets của Mỹ. Năm 1954, họ ra mắt một loại mũ bảo hiểm chuyên dụng, và đến năm 1957, Bell đã tung ra chiếc mũ bảo hiểm đầu tiên được thiết kế và cấp chứng nhận an toàn dành riêng cho đua xe thể thao. Loại mũ này tăng cường khả năng bảo vệ cho vùng gáy và phần lớn nửa dưới đầu của tay đua.
Kết cấu của nó cũng mang tính cách mạng không kém: lớp vỏ ngoài bằng sợi thủy tinh (fiberglass) cứng cáp thay thế cho lớp sơn mài cũ, cùng với nylon và bọt xốp (polystyrene) - một loại vật liệu vẫn được sử dụng trong mũ bảo hiểm hiện đại, thay thế cho lớp lót gỗ bần lạc hậu.
Những vật liệu mới này đã chứng minh được khả năng bảo vệ chống va đập và phân tán năng lượng khi xảy ra tai nạn vượt trội hơn hẳn so với những thiết kế mũ bảo hiểm đời cũ.
Bước chuyển mình sang mũ bảo hiểm kín mặt (full-face)
Bell tiếp tục nối dài chuỗi đổi mới bằng một cải tiến vô cùng cấp thiết khác. Mặc dù mũ bảo hiểm sợi thủy tinh đã là một bước tiến đáng kể so với các thiết kế bằng gỗ bần trước đó, nhưng một khiếm khuyết sớm bộc lộ là chúng vẫn chưa bảo vệ được khuôn mặt của tay đua.
Các tay đua như Dan Gurney từ lâu đã phàn nàn về việc bị đá sỏi và các mảnh vỡ bắn thẳng vào mặt trong lúc đua. Quan điểm của ông càng được củng cố một cách đau đớn hơn sau cái chết của tay đua đội Lotus - Alan Stacey vào năm 1960, khi ông bị một con chim va vào mặt tại Grand Prix Bỉ.
Bell đã sớm tìm ra giải pháp cho chiếc mũ bảo hiểm kín mặt (full-face) với phần bảo vệ cằm bằng sợi thủy tinh đúc liền và kính chắn gió bằng nhựa perspex tích hợp, giúp loại bỏ hoàn toàn sự lệ thuộc vào kính bảo hộ.
Ban đầu, mũ bảo hiểm kín mặt được thiết kế dành cho các tay đua mô tô địa hình. Tuy nhiên, sau khi tận mắt chứng kiến loại mũ này, Gurney đã quyết định đưa nó vào sử dụng tại F1 trong kỳ Grand Prix Đức năm 1968.
Các đồng nghiệp của ông ban đầu khá hoài nghi, họ lo sợ kính chắn gió sẽ bị bám hơi nước khiến họ không thể quan sát. Tuy nhiên, minh chứng từ Gurney cùng việc Bell phát triển các lớp phủ chống đọng sương đã dập tắt nỗi lo này, khiến các tay đua đồng loạt chuyển sang thiết kế mũ mới ưu việt hơn. Chỉ chưa đầy hai năm sau, vào năm 1970, Clay Regazzoni là tay đua cuối cùng giành chiến thắng khi đội mũ hở mặt. Đến năm 1975, loại mũ này hoàn toàn biến mất khỏi F1 - với tay đua người Phần Lan Leo Kinnunen là người cuối cùng sử dụng mũ hở mặt trong một cuộc đua chính thức.
Hoàn thiện công thức: Vật liệu mới và miếng dán bảo vệ
Thiết kế tổng thể của chiếc mũ bảo hiểm kín mặt đầu tiên từ Bell là một bước tiến vượt bậc so với những gì trước đó, đến mức nó vẫn là chuẩn mực được sử dụng cho tới tận ngày nay. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều tiềm năng để phát triển, từ việc cải tiến vật liệu cho đến những chi tiết thiết kế tinh vi hơn.
Đặc biệt, các nhà thiết kế cần phải giải quyết được hai mối quan tâm cốt lõi là tầm nhìn và khả năng chống cháy.
Về vấn đề tầm nhìn, các tay đua luôn lo ngại về việc dầu máy hoặc bụi bẩn bám vào kính chắn gió trong lúc đua. Một số người đã tự mang theo khăn lau trong xe để giải quyết tạm thời, nhưng các nhà sản xuất mũ bảo hiểm đã nghĩ ra một hệ thống tiên tiến hơn chính là các dải nhựa mỏng (tear-off) dán đè lên kính chắn gió, giúp tay đua có thể dễ dàng xé bỏ nếu tầm nhìn bị che khuất.
Hệ thống này ban đầu cũng gặp phải một vài trục trặc. Ví dụ, tại Grand Prix Ý năm 1971, tay đua đang dẫn đầu Chris Amon đã vô tình giật bay cả cụm kính chắn gió khi cố gắng xé một miếng dán bảo vệ. Dù vậy, những sự cố như thế đã sớm được khắc phục nhờ vào các ngàm gắn kính chắc chắn hơn cùng những loại keo dán tiên tiến, giúp miếng dán tear-off trở thành một phần không thể thiếu của F1 cho đến tận bây giờ.
Hỏa hoạn đã chứng minh là một mối lo ngại cấp bách hơn nhiều, đặc biệt là khi vật liệu sợi thủy tinh được sử dụng trong những chiếc mũ bảo hiểm kín mặt đời đầu sẽ tạo ra khói độc khi bị cháy.
Bell là một trong những đơn vị đầu tiên ra mắt mũ bảo hiểm chống cháy vào năm 1973. Cùng thời điểm đó, những chiếc mũ cũng được tăng cường thêm ống cấp khí y tế. Đây là quy định bắt buộc của FIA sau cái chết của tay đua Jo Siffert năm 1971, nhằm giúp các tay đua không bị ngạt thở bởi khói và khí độc từ sợi thủy tinh trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn.
Tuy nhiên, vẫn cần nhiều nỗ lực hơn nữa để giúp mũ bảo hiểm F1 trở nên an toàn hơn. Khi chiếc xe của Niki Lauda gặp tai nạn và bốc cháy dữ dội tại đường đua Nurburgring năm 1976, chiếc mũ bảo hiểm của ông do hãng AGV của Ý sản xuất đã bị văng khỏi đầu, khiến mọi biện pháp bảo vệ trở nên vô tác dụng. May mắn thay, Lauda đã sống sót, nhưng ông phải mang trên mình những vết sẹo vĩnh viễn từ vụ tai nạn kinh hoàng đó.
Kỷ nguyên của sợi Kevlar và thiết bị HANS
Các nhà sản xuất đã trực tiếp đối mặt với thách thức nâng cao tiêu chuẩn an toàn. Những tên tuổi mới như hãng Arai của Nhật Bản cũng đã gia nhập F1 vào năm 1976, trong khi các thiết kế độc đáo như mũ bảo hiểm "Bandit" của Bill Simpson cũng nhanh chóng được ưa chuộng.
Cuộc đua giữa các nhà cung cấp đã thúc đẩy sự đổi mới mạnh mẽ. Năm 1979, Bell ra mắt chiếc mũ bảo hiểm đầu tiên làm từ sợi Kevlar tổng hợp, được tin dùng bởi những huyền thoại như Ayrton Senna và Alain Prost. Các loại sợi Aramid như Kevlar đã thay thế hoàn toàn vỏ sợi thủy tinh cũ, giúp cải thiện độ an toàn nhờ độ bền cực cao cũng như khả năng chống cháy vượt trội.
Với những bước tiến đó, nhiều người từng nghĩ rằng F1 đã đạt đến giới hạn an toàn cao nhất có thể, khi giải đua trải qua suốt tám năm mà không có ca tử vong nào.
Tuy nhiên, quan niệm này đã bị đập tan một cách bi thảm nhất vào mùa giải 1994, với sự ra đi của cả Ayrton Senna và Roland Ratzenberger, cùng hàng loạt chấn thương nghiêm trọng của JJ Lehto, Rubens Barrichello, Karl Wendlinger và Pedro Lamy. F1 và FIA đã đáp trả bằng cách đẩy các tiêu chuẩn an toàn lên một tầm cao mới, và các nhà sản xuất mũ bảo hiểm đóng vai trò then chốt trong quá trình này.
Đến năm 2001, mũ bảo hiểm sợi Kevlar tổng hợp đã được thay thế bằng vỏ ngoài làm từ sợi carbon đa lớp - cùng loại vật liệu được dùng để chế tạo khung gầm xe F1. Sự cải thiện về độ bền là vô cùng kinh ngạc khi thế hệ mũ này có khả năng chống đâm xuyên thêm 30% và nâng hiệu suất hấp thụ xung lực lên tới 70% . Không chỉ vậy, vật liệu này còn giúp giảm trọng lượng tổng thể của mũ, từ đó giảm bớt áp lực lên cổ tay đua dưới tác động của lực G khi tăng tốc hoặc phanh gấp.
Hệ thống bảo vệ càng trở nên hoàn thiện khi F1 bắt buộc sử dụng thiết bị hỗ trợ đầu và cổ (HANS - Head and Neck Support) vào năm 2003, sau quá trình thử nghiệm gắt gao của Mercedes từ năm 1996-1998. Mercedes cũng từng thử nghiệm "túi khí" nhưng nhận thấy thiết bị HANS mang lại hiệu quả vượt trội hơn hẳn.
Thiết bị này được đeo trên vai tay đua và kết nối trực tiếp với mũ bảo hiểm để ngăn chặn các chuyển động đầu bất thường dẫn đến chấn thương vỡ nền sọ - loại chấn thương thường gặp trong các tình huống giảm tốc đột ngột như va chạm F1. Thiết bị HANS được thiết kế bởi Tiến sĩ Robert Hubbard vào những năm 1980. Các thử nghiệm sớm cho thấy trong trường hợp giảm tốc nhanh, nó giúp phân tán tới 80% năng lượng tác động lên đầu và cổ, đồng thời giảm đáng kể áp lực nén lên đốt sống cổ.
Cái chết của tay đua NASCAR Dale Earnhardt Sr. vào năm 2001 đã làm dấy lên sự quan tâm mạnh mẽ trở lại đối với thiết bị HANS, mặc dù trước đó các vụ tai nạn tử vong của Ratzenberger, Bill Vukovich và Greg Moore đã cho thấy sự cấp thiết của việc bảo vệ đầu và cổ. Ban đầu, một số tay đua còn ngần ngại, nhưng giờ đây HANS đã trở thành trang bị phổ biến trong mọi giải đua xe thể thao.
Thiết bị HANS chủ yếu được cấu tạo từ polymer sợi carbon. Chúng cố định đầu và vai tay đua thông qua các dây đai neo, ngăn chặn hiện tượng đầu bị "văng" hoặc xoay mạnh khi xảy ra va chạm, đồng thời hạn chế các chuyển động xoay nguy hiểm của vùng đầu.
Tai nạn hy hữu và bước ngoặt cải tiến sống còn
Mặc dù những chiếc mũ bảo hiểm vào những năm 2000 đã cực kỳ bền bỉ theo hầu hết các tiêu chuẩn - điều đã được chứng minh một cách đầy ấn tượng vào năm 2004 khi hãng Schuberth của Đức cho một chiếc xe tăng cán qua mũ của Michael Schumacher, nhưng rốt cuộc chúng vẫn chưa phải là bất khả chiến bại.
Tại vòng phân hạng Grand Prix Hungary năm 2009, Felipe Massa đã bị một lò xo rơi ra từ xe của người đồng hương Rubens Barrichello (đội Brawn GP) văng trúng đầu. Chiếc lò xo nặng 1 kg này đã đâm xuyên qua kính chắn gió bằng polycarbonate, gây ra những chấn thương nghiêm trọng khiến tay đua người Brazil phải nghỉ thi đấu trong phần còn lại của mùa giải.
Để đáp trả, FIA đã ban hành các thông số kỹ thuật mới cho mũ bảo hiểm ngay trước thềm mùa giải 2011 được khởi tranh. Những quy định này đã đưa vào một dải vật liệu gọi là Zylon dọc theo mép trên của kính chắn gió nhằm ngăn chặn các vật thể đâm xuyên qua phần yếu nhất của chiếc mũ. Với độ bền kéo gấp 1,6 lần Kevlar, việc bổ sung Zylon được nhắm trực tiếp vào mục tiêu ngăn chặn những sự cố tương tự như của Massa tái diễn.
Tiêu chuẩn này tiếp tục được cập nhật vào năm 2019 bằng cách thu hẹp chiều cao tổng thể của kính chắn gió và gia cố khu vực phía trên khe hở của mũ. Lúc này, dải Zylon đã được thay thế bằng một dải bảo vệ bằng sợi carbon tích hợp thẳng vào kết cấu.
Việc tuân thủ các tiêu chuẩn mới này được đảm bảo thông qua một chuỗi 14 bài kiểm tra khắt nghiệt, điển hình là thử nghiệm khả năng chống đạn. Trong bài kiểm tra này, một vật thể kim loại được bắn trực diện vào mũ bảo hiểm với vận tốc đáng kinh ngạc lên tới 250 km/h để đảm bảo lớp vỏ và kính chắn gió không bị xuyên thủng. Cả bốn nhà sản xuất lớn - Bell, Schuberth, Arai và Stilo đều đã chế tạo được những chiếc mũ đáp ứng hoặc vượt xa tiêu chuẩn này, biến chúng trở thành những chiếc mũ bảo hiểm an toàn nhất trong lịch sử F1.
Nếu hành trình phát triển của những chiếc mũ bảo hiểm này chứng minh được điều gì, thì đó chính là việc những thách thức mới sẽ luôn nảy sinh và sự cải thiện về an toàn là không bao giờ có giới hạn. Thời gian sẽ trả lời những bước phát triển mang tính cách mạng tiếp theo trong thiết kế mũ bảo hiểm sẽ xuất hiện như thế nào trong những năm tới.