Как черенок от метлы превратился в джойстик Airbus и почему вокруг него спорят почти 40 лет

У каждого пилота A320 рядом с окном расположена небольшая ручка управления размером с ладонь. Ручки командира и второго пилота друг с другом не связаны. Если оба одновременно отклонят их до упора в противоположные стороны, компьютер сложит команды, получит ноль, и самолет продолжит полет так, словно никто не вмешивается в управление. Непосредственно руль высоты ручка не перемещает: она лишь задает компьютеру желаемую перегрузку, а тот сам определяет, как ее обеспечить. Именно так управляется самый массовый реактивный авиалайнер в истории: в октябре 2025 года семейство A320 превзошло Boeing 737 по числу поставок.

Все началось с палки между коленями пилота, которую французы и сегодня называют manche à balai — «черенок от метлы». Ее создатель годами отстаивал свой патент в судах и добился победы даже над правительством США. На пути от метлы к джойстику пилоту ракетоплана X-15 приходилось опираться локтем на специальную подставку, чтобы рука не потянула ручку на себя; прототип F-16 поднялся в воздух во время испытания на земле, а два пилота Boeing 777 почти минуту тянули связанные штурвалы в разные стороны.

Это история ручки управления: о том, как простой рычаг превратился в джойстик для взаимодействия пилота с компьютером и почему споры о нем не стихают уже почти сорок лет.

Метельный черенок

22 января 1907 года француз Робер Эсно-Пельтри запатентовал рычаг, позволявший одной рукой управлять сразу тангажом и креном. Тангаж отвечает за движение носа самолета вверх и вниз, крен — за наклон с крыла на крыло. Если потянуть ручку на себя, нос поднимется; если отклонить ее в сторону, самолет накренится в ту же сторону.

Луи Блерио к тому времени сколотил состояние на автомобильных ацетиленовых фарах и вкладывал его в авиацию. В 1908 году он установил такую ручку и педали на свой Blériot VIII, а затем это сочетание на многие десятилетия стало привычным почти для всех самолетов. Пилот нередко располагался за управлением в плетеном кресле. 25 июля 1909 года Блерио пересек Ла-Манш на Blériot XI с такой же ручкой за 36 с половиной минут. Компаса у него не было, поэтому английский берег он искал на глаз. Сегодня тот самолет подвешен под сводами бывшей церкви в парижском Музее искусств и ремесел. Там же хранится моноплан самого Эсно-Пельтри.

Патент принес Эсно-Пельтри значительный доход. По сообщениям газет за 1926 год, двумя годами ранее он отсудил у французских авиастроителей около 120 тысяч фунтов. В США судебная борьба складывалась сложнее: иск к Chance Vought изобретатель проиграл, но в 1935 году Претензионный суд США признал нарушение его патента американским правительством.

Впоследствии создатель ручки увлекся ракетной техникой и написал одну из первых книг о космических полетах. В начале 1930-х в его лаборатории в Булонь-сюр-Сен под Парижем взорвалось ракетное топливо, и изобретатель потерял четыре пальца. По газетным сообщениям, пожилые жильцы соседней богадельни испугались взрыва и решили, что это снова экспериментирует чудак, собравшийся на Луну.

Сам он на Луну так и не отправился. Зато сегодня там есть кратер Эсно-Пельтри.

Арендуйте сервер с доставкой на вашу площадку

Предоставим мощные серверы для размещения проекта on-premise: с помесячной оплатой, полным контролем над оборудованием с момента запуска и возможностью последующего выкупа.

Арендовать →

Колесо для обеих рук

Штурвал появился почти в то же время. В моноплане Deperdussin 1910 года перед пилотом находилась П-образная рама с колесом: раму отклоняли вперед и назад, а колесо поворачивали. Эта схема получила название Dep control. В 1913 году Армана Депердюссена арестовали по обвинению в мошенничестве, а его компанию приобрел консорциум во главе с Блерио. Так колесо и ручка оказались под одной крышей.

Один экземпляр Deperdussin 1910 года сохранился в британской коллекции Shuttleworth. Элеронов у него нет: для управления креном перекручивают само крыло. По словам пилота Энди Сефтона, колесо порой приходится поворачивать больше чем на пол-оборота, перехватывая его руками, словно на уроке вождения. Один из шеф-пилотов коллекции, как вспоминал Сефтон, пошутил, что такая система никогда не вытеснит элероны.

Когда самолеты стали тяжелее, обнаружилось важное преимущество колеса: его можно было крепко держать обеими руками. Позднее в кабине появились два пилота, а обе колонки подключили к одним и тем же тросам. Специально связывать их не требовалось: общая механика сама передавала движение. Если капитан тянул штурвал на себя, колонка второго пилота двигалась у того в руках. Затем появились гидроусилители, работающие примерно по тому же принципу, что и усилитель руля в автомобиле. Нагрузка от рулевых поверхностей перестала напрямую передаваться пилотам, ее имитировали пружины, но связь между колонками сохранилась.

В 1969 году впервые поднялся в воздух Concorde — первый пассажирский самолет, на котором команда от штурвала к рулям передавалась по проводу. Такая система называется электродистанционной, или fly-by-wire. На Concorde она была аналоговой и имела механический резерв; штурвалы в кабине сохранились. Но провод, в отличие от троса, не передает движение в обратную сторону. Если полностью отказаться от механики, связь между колонками пришлось бы создавать отдельно, используя приводы и датчики.

Зачем ракетоплану опора для руки

В 1950-х военные всерьез занялись испытаниями боковой ручки, и первоначальной причиной стала нехватка места. 11 августа 1956 года капитан ВВС США Роберт Уайт проверил такую ручку на перехватчике F-102A. Согласно истории испытательного центра авиабазы Эдвардс, конструкторы хотели освободить пространство на приборной панели под экраны радара будущего F-106.

Позже Уайт летал на ракетоплане X-15, где ручек было уже три. В технической записке NASA за 1962 год указаны обычная центральная ручка, боковая справа и еще одна слева — для небольших ракетных двигателей, с помощью которых управляли аппаратом в разреженной атмосфере. Правая боковая ручка предназначалась для участков с высокой перегрузкой. Пилот X-15 Уильям Дана писал, что локоть фиксировали на специальной опоре, не позволявшей руке отклониться назад. После запуска двигателя пилота вдавливало в кресло с перегрузкой около 2 g, а к моменту выключения — до 4 g: все тело, включая руку, при этом весило вчетверо больше обычного.

Можно оценить, какое усилие такая рука создавала бы на ручке. В 1955 году анатом Уилфрид Демпстер составил для ВВС США таблицы массы частей тела. Согласно им, на предплечье приходится около 1,6% массы человека, на кисть — еще 0,6%. Для пилота весом 80 кг это 1,76 кг. При перегрузке 4 g рука давит с силой примерно 69 ньютонов, что соответствует весу около семи килограммов. Для сравнения: чтобы отклонить ручку A320 до упора, требуется около 100 ньютонов. Почти 70% полного усилия возникало бы без участия пилота.

Поэтому рядом с боковой ручкой обычно предусмотрен подлокотник. Предплечье лежит на опоре, движение выполняет кисть, а вес руки не мешает управлению.

Эффект Попая

Следующий этап связан с палубным истребителем F-8 Crusader, который NASA переоборудовало в летающую лабораторию под номером 802. Тросов между ручкой и рулями на нем не осталось: все команды проходили через бортовой компьютер Apollo — такой же, какие управляли кораблями на пути к Луне. Чтобы разместить электронику, из самолета демонтировали пушки и патронные ящики. Первый полет с новой системой пилот NASA Гэри Крайер выполнил 25 мая 1972 года.

В 1973 году General Dynamics обратилась в NASA с просьбой испытать на F-8 боковую ручку для будущего YF-16. Как рассказывается в изданной NASA истории программы, тогда соперничали два подхода. Неподвижная ручка измеряла только силу нажатия, но вызывала у пилотов «эффект Попая», названный в честь мультяшного моряка с огромными предплечьями: рука уставала от постоянного напряжения. Другой вариант допускал небольшой ход — на 3–6 мм в каждую сторону. По версии NASA, для YF-16 выбрали именно его.

Осенью 1973 года Крайер и Том Мак-Мертри выполнили шесть полетов с боковой ручкой. Первым маневрам Крайер поставил 2 балла по шкале Купера — Харпера, где 1 означает отличную управляемость, а 10 — ее потерю. После часа в воздухе рука не устала, а по ощущениям пилота боковая ручка позволяла даже быстрее развивать крен, чем центральная.

20 января 1974 года летчик-испытатель General Dynamics Фил Острайкер выполнял на прототипе YF-16 скоростную рулежку. Примерно на 130 узлах он поднял нос; как пилот рассказывал впоследствии, в тот день действительно планировалось ненадолго оторвать самолет от полосы на пару футов. Но левое крыло резко опустилось. Острайкер отклонил ручку вправо, и самолет начал раскачиваться с крыла на крыло.

«Каждый раз, когда я пытался погасить раскачку, получал крен на полной скорости», — вспоминал Острайкер.

Макет ракеты на конце крыла задел бетон, правый стабилизатор ударился о полосу, и пилот понял, что удержать самолет на земле уже не получится. Он прибавил газ и взлетел, а через шесть минут благополучно приземлился.

Причиной оказалась чрезмерная чувствительность по крену: даже небольшое усилие на ручке вызывало слишком резкую реакцию. В тот же вечер инженеры снизили чувствительность вдвое для руления, взлета и посадки. Официальный первый полет состоялся по плану — 2 февраля.

А вот относительно подвижности самой ручки источники расходятся. NASA утверждает, что для YF-16 выбрали вариант с небольшим ходом. Ветераны программы также рассказывают, будто пилоты в напряженные моменты так сильно давили на неподвижную ручку, что гнули датчики. Надежных подтверждений этой эффектной истории нет.

Concorde с джойстиком

Пока в Калифорнии испытывали F-8, во Франции пассажиров уже перевозил Concorde с электродистанционным управлением, хотя и со штурвалами. В 1978 году на первом серийном Concorde испытывали боковую мини-ручку, впоследствии доставшуюся Airbus. Этот самолет так и не передали авиакомпании. Он налетал 909 часов, в 1977 году первым среди Concorde приземлился в Нью-Йорке, а в 2025-м был признан во Франции историческим памятником. Сколько часов он провел в воздухе с мини-ручкой и как ее оценивали пилоты, в открытых источниках выяснить не удалось.

Следующим шагом было знакомство пилотов пассажирских авиакомпаний с новой ручкой. По воспоминаниям Бернара Зиглера, на одном A300 слева установили боковую ручку и компьютер с теми же законами управления, которые позднее применили на A320. Справа сохранили обычный штурвал. Законами управления называют правила, по которым компьютер преобразует движение ручки в команды рулевым поверхностям.

Авиакомпании направляли своих пилотов на испытания, и, по словам Зиглера, ручка понравилась всем без исключения. Однако на испытательном A300 она была только одна, поэтому проверить взаимодействие двух таких ручек в одной кабине не удалось.

Кучер и лошади

Бернар Зиглер был сыном Анри Зиглера, первого руководителя Airbus Industrie. Он родился в 1933 году в Булонь-сюр-Сен — том самом городе, где незадолго до этого взорвалось топливо в лаборатории Эсно-Пельтри. Десять лет Зиглер летал на истребителях, в 1972 году стал главным летчиком-испытателем Airbus, занимал правое кресло во время первого полета A300, а позже возглавил инженерное направление компании. Свои мемуары он назвал «Ковбои Airbus». После его смерти в 2021 году Airbus, как писала Telegraph, подвел итог коротко: без Зиглера не было бы Airbus.

Свою концепцию Зиглер пояснял притчей о кучере. Тот дает лошадям команду тронуться, после чего они сами идут по дороге, а вмешивается он лишь тогда, когда нужно выбрать поворот. С ручкой A320 идея похожа: пилот отпускает ее, и самолет сохраняет заданную траекторию с перегрузкой 1 g — при обычном весе, без дополнительного вдавливания в кресло. Скорость и тяга могут меняться, но постоянно пользоваться триммером, как на обычном самолете, где иначе ручку приходится удерживать рукой, не требуется. Зиглер говорил, что впервые почувствовал по-настоящему иной самолет именно в A320.

Это напоминает электронную педаль газа современного автомобиля: нога не тянет трос заслонки, а сообщает блоку управления желаемую тягу. Пилот тянет ручку на себя — задает перегрузку, отклоняет в сторону — запрашивает скорость крена. При этом компьютер следит за ограничениями и, например, не допускает крена более 67°. Расчеты выполняют пять компьютеров двух типов, с разными процессорами и программами, созданными разными командами, чтобы одна ошибка не затронула все системы одновременно.

A320 нередко называют первым лайнером с электродистанционным управлением, хотя раньше него появился Concorde. Инженеры Aérospatiale Доминик Брьер и Паскаль Траверс, разрабатывавшие систему Airbus, называют A320 первым представителем второго поколения таких систем, в котором все рули управляются электрически с применением законов управления.

14 февраля 1987 года первый A320 выкатили из цеха в Тулузе в присутствии премьер-министра Жака Ширака, принца Чарльза и принцессы Дианы. Крылья самолета, к слову, производились в Великобритании. Через восемь дней лайнер впервые взлетел и провел в воздухе 3 часа 23 минуты, а в апреле 1988 года Air France начала пассажирские перевозки. Этот борт, F-WWAI, сегодня находится в музее Aeroscopia рядом с Concorde, на котором испытывали мини-ручку.

Ручка A320 отклоняется на ±16° по тангажу и на ±20° по крену. Согласно графику из отчета BEA о катастрофе A320 Gulf Air в 2000 году, для начала движения достаточно примерно 5 ньютонов — около полкилограмма силы, а для полного отклонения нужно около 100 ньютонов, или десять килограммов силы.

Для американского регулятора новая ручка создала отдельную задачу. Действующие нормы разрабатывались для штурвалов, поэтому FAA выпускает специальные условия для каждого типа с боковыми ручками. В условиях для A350 причина сформулирована так:

«Такой рычаг управления рассчитан на работу только одной рукой».

Далее уточняется, что пилот управляет им одной кистью, а ручка вместе с упорами должна выдерживать нагрузку в 200 фунтов как на себя, так и от себя. Это около 890 ньютонов, или 91 кгс. Иными словами, ручку размером с ладонь рассчитывают на нагрузку, сравнимую с весом крупного человека, хотя для полного отклонения достаточно 100 ньютонов.

Подробнее с документом можно ознакомиться здесь: https://www.govinfo.gov/content/pkg/FR-2014-06-12/html/2014-13666.htm

Две ручки, одна команда

Что произойдет, если оба пилота одновременно возьмутся за ручки?

Такая ситуация называется dual input, или двойной ввод. Компьютер складывает сигналы с учетом направления: движение на себя считается положительным, от себя — отрицательным. Результат не может превышать команду от одной ручки, отклоненной до упора. Допустим, капитан тянет свою ручку на себя до предела, на 16°, а второй пилот одновременно отклоняет свою от себя на 10°. Компьютер получит команду, соответствующую 6°, — всего 37,5% от желаемой капитаном.

Если обе ручки отклонены более чем на 2°, перед пилотами мигают зеленые лампы, а голосовое предупреждение DUAL INPUT звучит каждые пять секунд. На каждой ручке есть красная кнопка, которой также отключают автопилот. Пока пилот удерживает ее, команды соседней ручки не учитываются, звучит сообщение PRIORITY LEFT или PRIORITY RIGHT, а перед другим пилотом загорается красная стрелка. Через 40 секунд приоритет фиксируется, и кнопку можно отпустить. На старых самолетах такая сигнализация может отсутствовать: Airbus до сих пор предлагает ее в качестве отдельной доработки.

12 августа 1991 года A320 авиакомпании Ansett со 110 людьми на борту заходил в Сиднее на полосу 25. Одновременно на пересекающую ее полосу 34 садился DC-10 Thai Airways, которому предписали остановиться до пересечения. DC-10 почти остановился, когда его нос уже оказался у края полосы A320, и командир A320 принял решение уйти на второй круг с малой высоты. Около 12 секунд обе ручки находились в движении: капитан тянул свою на себя, а второй пилот держал ее то в нейтральном положении, то отклонял от себя, хотя впоследствии не помнил этих действий. Компьютер сложил сигналы. Капитан скомандовал «уходим», но никто не произнес «беру управление».

Ручки с электроприводом

Проблему двойного ввода можно решать иначе: связать ручки электроникой, чтобы одна повторяла движения другой. В 1987 году Douglas и NASA провели испытания на тренажере с участием 62 пилотов. Насколько можно понять из результатов, связанные ручки понравились им больше: они позволяли ощущать действия напарника. Тем не менее Airbus сохранил пассивные ручки. С 1980-х их производит французская компания Ratier-Figeac из города Фижак.

Активную ручку перемещает электропривод. Датчики измеряют усилие пилота, а компьютер определяет отклонение и сопротивление — примерно как в настройках игрового руля, который можно сделать более тугим или легким. На бизнес-джете Gulfstream G500, сертифицированном FAA 20 июля 2018 года, ручки обоих пилотов движутся синхронно, в том числе при работе автопилота, и заметно туже отклоняются при приближении к ограничениям. Производитель BAE Systems называет ее первой сертифицированной активной ручкой в гражданской авиации. Первым пассажирским лайнером с такими ручками стал МС-21; для него выбрали продукцию той же Ratier-Figeac.

Помог бы штурвал?

В обсуждениях AF447 часто утверждают, что на Boeing подобное невозможно: штурвалы там связаны, и пилот сразу ощущает действия напарника. Проверим это на примере одного рейса.

5 апреля 2022 года Boeing 777 Air France, выполнявший рейс AF011 из Нью-Йорка, заходил на посадку в Париже в облачности. Самолетом вручную управлял второй пилот. Его насторожил крен, и он начал уход на второй круг; капитан рефлекторно взялся за свой штурвал. Следующие 53 секунды оба удерживали штурвалы и тянули их в противоположные стороны. Согласно отчету, колонки 777 связаны торсионными валами и расцепляются, если встречное усилие пилотов превышает 50 фунтов, или около 23 кг. В этом случае они расцепились через пять секунд. После этого рули отрабатывали среднее положение двух колонок, а предупреждения об их расцеплении на 777 не предусмотрено. Колонки снова сошлись только после команды капитана «push push», когда пилоты перестали противодействовать друг другу. Среди факторов происшествия указали отсутствие формальной передачи управления и незнание экипажем принципа работы расцепки.

На ATR такая расцепка в полете необратима. В 2014 году ATR 72 компании Virgin Australia Regional при снижении к Сиднею попал в сильный сдвиг ветра. Пилоты непреднамеренно потянули колонки в противоположные стороны, и нагрузки на хвост превысили прочность стабилизатора. Старшая бортпроводница получила серьезную травму, а повреждения самолета обнаружили лишь через пять дней и 13 полетов. В отчете отмечалось отсутствие на ATR светового или звукового предупреждения о встречных усилиях на колонках.

После инцидента AF011 Air France начала выявлять случаи двойного ввода по полетным данным. В 2022 году на Boeing 777 их оказалось 0,4 на тысячу полетов, причем учитывался только тангаж; на Airbus показатель составил 0,44.

	Airbus A320	Boeing 777
Связь между ручками или штурвалами	отсутствует	есть, колонки расцепляются при встречном усилии около 23 кг
Команда рулям при действиях обоих пилотов	сумма команд, не превышающая отклонения одной ручки до упора	среднее положение при расцепленных колонках
Предупреждение о двойном вводе	световое и голосовое	отсутствует

Если капитан тянет управление до упора, а второй пилот удерживает свою ручку или штурвал в нейтральном положении, Airbus получит полную команду капитана, а 777 с расцепленными колонками — только половину. Связанные штурвалы позволяют почувствовать действия напарника, но на рейсе AF011 почти минуты встречного усилия оказалось недостаточно, чтобы один из пилотов отпустил свой штурвал. Через пассивную ручку действия соседа не ощущаются — остается прислушиваться к предупреждению DUAL INPUT. Активные ручки G500 и МС-21 стремятся вернуть пилотам это ощущение, сохранив компьютерное управление.

Куда дальше приведет черенок от метлы

Почти за 120 лет палка, которую Эсно-Пельтри поместил между коленями пилота, перебралась к окну, утратила прямую связь с рулями, научилась складывать команды двух членов экипажа и даже предупреждать их голосом. Уходить на покой она пока не собирается.

Airbus планирует довести выпуск A320 до 75 самолетов в месяц к концу 2027 года. По две ручки на каждый борт — это около 150 новых ручек ежемесячно, или примерно пять в день. При таком темпе производственные слоты A320neo распроданы до 2032 года, а ручки у окон еще долго будут появляться на самолетах из цехов Тулузы, Гамбурга, Мобила и Тяньцзиня.

Разработку преемника A320 Airbus намерен запустить в 2030 году, а пассажирские перевозки на нем должны начаться во второй половине 2030-х. Глава компании обещает снижение расхода топлива примерно на 25% и говорит скорее об эволюции, чем о революции. Кабину нового лайнера пока не показывали, поэтому остается лишь предполагать, сохранится ли в ней пассивная ручка или появится активная. Но представить, что спустя почти полвека Airbus вернет пилотам штурвал, непросто.

Тем временем активные ручки находят применение на новых проектах. BAE Systems, производящая их для G500, намерена оснастить ими JetZero — будущий американский лайнер с фюзеляжем, плавно переходящим в крыло.

В следующий раз, поднимаясь на борт Airbus, загляните в открытую дверь кабины и обратите внимание на пульты у окон. Там находится та самая ручка — дальняя родственница рычага Эсно-Пельтри. Один коллега, пересевший с Boeing, назвал ее лучшим подарком авиации пилотам: обедать с подносом на коленях за штурвалом, вероятно, не слишком удобно.

Если вы заметили в тексте ошибку, которая в столь сложной теме вполне возможна, напишите мне. И заходите в комментарии обсудить: что вам ближе — ручка у окна или штурвал перед собой?

Спасибо за внимание, мягких взлетов и посадок!

 

Источник