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弩炮
使用扭力彈簧的遠(yuǎn)程武器
狄俄尼索斯采用力學(xué)研究發(fā)明的武器
基本信息
| 中文名 | 弩炮 |
| 外文名 | ballista |
| 類型 | 扭力彈簧發(fā)明了弩炮 |
| 原理 | |
| 歷史淵源 | 面對(duì)著強(qiáng)大的迦太基人的武力威脅 |
| 概述 | 使用扭力彈簧的遠(yuǎn)程武器 |
| 發(fā)明者 | 狄俄尼索斯 |
收起
歷史淵源
出土的古羅馬弩炮部件
隨著甲胄的發(fā)展和工事筑壘的出現(xiàn)，單兵弓弩的作用被相應(yīng)的削弱了，他們無(wú)法穿透附有青銅的盾牌，當(dāng)然更不可能摧毀磚石堆砌的掩體。雖然人們?cè)鴩L試過(guò)制造巨大的弓弩，但依靠弩臂彈性形變的所產(chǎn)生的發(fā)射力量已接近極限，無(wú)法賦予箭石或彈丸更大的威力。狄俄尼索斯的工匠們發(fā)明的弩炮首次采用了力學(xué)研究的最新成果——扭力彈簧，即利用兩束張緊的馬鬃、皮繩或動(dòng)物肌腱產(chǎn)生的扭力做為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)弩臂帶動(dòng)弓弦拋射彈丸或箭石。
弓弦正中是容納拋射物的編制網(wǎng)袋。橫梁上側(cè)帶著燕尾長(zhǎng)槽，一個(gè)帶長(zhǎng)導(dǎo)軌的滑塊可以沿著長(zhǎng)槽前后滑動(dòng)，滑塊的后斷裝著一套精巧的擊發(fā)機(jī)構(gòu)。可以方便的瑣定和釋放弓弦，橫梁的末端裝有絞盤，使用者可以通過(guò)扳動(dòng)手柄，或者拖曳繩索十滑塊移動(dòng)。當(dāng)弓弦向后拉開并被擊發(fā)機(jī)構(gòu)瑣定的時(shí)，武器就處在待發(fā)狀態(tài)。為了讓操作絞盤不至于太費(fèi)力，在橫梁兩側(cè)設(shè)置了金屬齒條，既能讓開弓的工作不必一氣呵成，有能調(diào)節(jié)武器的拋射力量，從而獲得需要的射程?；ㄆ詠?lái)金屬齒條被圓形棘輪代替，使操作更加簡(jiǎn)單可靠。為了賦予弩炮靈活的方向和仰角，他們?yōu)殄笈谠O(shè)計(jì)了可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的基座。
歷史記載
出土羅馬弩炮相關(guān)部件
公元前399年希臘屬下塞拉古城邦的狄俄尼索斯一世就面臨著這樣一種艱難境地：迦太基人對(duì)他的王國(guó)虎視眈眈。面對(duì)強(qiáng)敵，狄俄尼索斯知道不能完全指望自己的士兵，因?yàn)樗麄兘^對(duì)無(wú)法匹敵慣戰(zhàn)的迦太基人。作為一向以文明自豪的希臘城邦，塞拉古可以仰仗的似乎只有——文明。
狄俄尼索斯決心放手一搏。他征召了大量本城和鄰邦的學(xué)者工匠，進(jìn)行一場(chǎng)大規(guī)模的研究，其目的是制造出具有強(qiáng)大威力的新式武器，取得對(duì)迦太基人的優(yōu)勢(shì)。精明的狄俄尼索斯對(duì)整個(gè)研究群體進(jìn)行了縝密的組織規(guī)劃：學(xué)者們和工匠被分成專業(yè)小組，各組間采取分工合作的方式，對(duì)參加者給與物質(zhì)和精神獎(jiǎng)勵(lì)，這種今天被普遍采用的組織方法極大地提高了工作效率。在這番努力之下，許多當(dāng)時(shí)十分新奇的兵器出現(xiàn)了，其中包括帶有多層甲板、裝備撞錘的戰(zhàn)船等等。但是，有一個(gè)成果會(huì)讓其它努力都黯然失色——狄俄尼索斯的工匠們?cè)O(shè)計(jì)了戰(zhàn)爭(zhēng)史上第一具弩炮！
毫無(wú)疑問，從茹毛飲血的蒙昧?xí)r代起，弓弩就在早期戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮了巨大的作用，飛蝗般撲向敵陣的箭矢往往給對(duì)手造成可怕的傷亡。但隨著甲胄的發(fā)展和工事筑壘的出現(xiàn)，單兵弓弩的作用被相應(yīng)削弱。它們無(wú)法穿透面覆青銅的盾牌，更無(wú)法摧毀磚石砌就的掩體。雖然人們嘗試過(guò)制造巨型弓弩，但依靠弩臂彈性形變所產(chǎn)生的發(fā)射力量已經(jīng)接近極限，無(wú)法賦予彈丸或箭矢更大的威力。狄俄尼索斯發(fā)明的弩炮首次采用了力學(xué)研究的最新成果——扭力彈簧，即利用兩束張緊的馬鬃、皮繩或動(dòng)物肌腱產(chǎn)生的扭力作為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)弩臂帶動(dòng)弓弦拋射彈丸或箭矢（實(shí)際上是長(zhǎng)矛）。
希臘人設(shè)計(jì)的弩炮帶有堅(jiān)固的支架，主梁置于支架之上，其前端兩側(cè)裝有兩具扭力彈簧組，每個(gè)彈簧組帶動(dòng)一支弩臂，弩臂末端連接弓弦，弓弦正中是容納投射物的編制網(wǎng)袋。橫梁上側(cè)帶有燕尾長(zhǎng)槽，一個(gè)帶長(zhǎng)導(dǎo)軌的滑塊可以沿著長(zhǎng)槽前后滑動(dòng)，滑塊的后方裝有一套精巧的擊發(fā)機(jī)構(gòu)，可以方便地鎖定和釋放弓弦。橫梁的末端裝有絞盤，操作者可以扳動(dòng)手柄，通過(guò)繩索拖曳滑塊移動(dòng)，當(dāng)擊發(fā)機(jī)構(gòu)鎖定弓弦并向后拉開后，武器就處于待發(fā)狀態(tài)。為了讓操作絞盤不至于太費(fèi)力，在橫梁兩側(cè)設(shè)置了金屬齒條，既能讓開弓的工作不必一氣呵成，又能調(diào)節(jié)武器的拋射力量，從而獲得需要的射程。后來(lái)金屬齒條被圓形棘輪所代替，使操作更加簡(jiǎn)便可靠。希臘人在弩炮的研制方面幾乎傾注了全部智慧。為了賦予弩炮靈活的方向和仰角，他們?yōu)殄笈谠O(shè)計(jì)了可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的基座！
弩炮刺激了古代科技的實(shí)用化，采用扭力裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的弩臂結(jié)構(gòu)，是一項(xiàng)了不起的革命。越是進(jìn)一步了解這種強(qiáng)大的武器，就越能了解歐洲的工業(yè)化淵源究竟可以追溯到何時(shí)何地——許多弩炮被設(shè)計(jì)成組合結(jié)構(gòu)，可以拆解運(yùn)輸，相同部件完全可以互換并在前線快速地組裝使用。弩炮的主體結(jié)構(gòu)為木質(zhì)，要想制作出堅(jiān)固耐用的產(chǎn)品需要相當(dāng)?shù)募妓嚕貏e是兩組扭力彈簧的力量必須保證均衡，否則彈丸的精度就無(wú)從談起。但我們必須承認(rèn)，古希臘人做到了。
威力巨大
弩炮結(jié)構(gòu)
弩炮使勝利的天平開始傾向進(jìn)攻一方，長(zhǎng)時(shí)間的攻防戰(zhàn)一去不復(fù)返。要知道，在弩炮出現(xiàn)以前，特洛伊戰(zhàn)爭(zhēng)持續(xù)了十年，而雅典人和斯巴達(dá)人的戰(zhàn)爭(zhēng)更是長(zhǎng)達(dá)25年！在狄俄尼索斯創(chuàng)造弩炮之后，希臘人和馬其頓人幾乎同時(shí)發(fā)明了使用弩炮的經(jīng)典戰(zhàn)術(shù)：白天利用高聳的攻城塔俯瞰敵人的城防布局，確認(rèn)射擊目標(biāo)，然后再以迅雷不及掩耳之勢(shì)向敵方城池拋射密集的彈丸！此時(shí)，伴隨著步兵發(fā)起沖鋒的，還有沉重的攻城錘。這種裝有金屬撞頭的巨大器械完全依賴人力驅(qū)動(dòng)，大型攻城錘甚至需要1800人共同操作。攻城錘的作用是動(dòng)搖城墻的基礎(chǔ)，一旦基礎(chǔ)不穩(wěn)，弩炮就可以輕松地摧毀城墻，潮水般的大軍就可從缺口迅速突入……在領(lǐng)教了弩炮的威力之后，守方總結(jié)出了經(jīng)典防御理論。當(dāng)時(shí)拜占庭編輯的軍事專著指出，城墻修筑的厚度至少應(yīng)在4.62米以上，才能經(jīng)得起弩炮的打擊。但即便如此，守方還必須利用深壕和障礙把敵人的弩炮隔離在150米以外，否則一旦在近距離上“萬(wàn)弩齊發(fā)”，縱然是神靈也回天乏術(shù)。
歷史意義
絕不僅僅表現(xiàn)，在攻城略地，它第一次改變了人們眼中的科學(xué)形象，并反過(guò)來(lái)極大地推動(dòng)了科技的發(fā)展。在弩炮出現(xiàn)以前，在希臘從事工程技術(shù)的人員地位卑微，不受重視，在奧林匹斯山上的眾神祇中，唯有代表手工藝和工程技術(shù)的火神赫淮斯托斯被描繪成一個(gè)丑陋骯臟的瘸子。即便是菲底阿斯這樣的著名雕刻家，在完成培拉衛(wèi)城工程后，人們甚至不允許他在浮雕上刻下自己的肖像。但弩炮的發(fā)明立刻展示出工程技術(shù)的無(wú)限潛力，于是制造弩炮等攻防裝備的工匠和專家開始被給予優(yōu)厚的禮遇，甚至在政治斗爭(zhēng)中，具有弩炮制造技術(shù)的專業(yè)人士也可免遭迫害和刑罰。因?yàn)榕诒某霈F(xiàn)，原來(lái)的步兵隊(duì)列中的并列平等關(guān)系被徹底打破，繼而影響到社會(huì)關(guān)系的變革。許多西方學(xué)者相信，弩炮的出現(xiàn)對(duì)古羅馬共和制的瓦解產(chǎn)生了不可忽視的推動(dòng)作用。一種武器，改變了社會(huì)格局。
制造過(guò)程
結(jié)構(gòu)詳細(xì)說(shuō)明
公元前270年，埃及托勒密王朝完善了弩炮制造理論，總結(jié)出兩條基本準(zhǔn)則：對(duì)于發(fā)射長(zhǎng)矛的弩炮，扭力彈簧的最優(yōu)直徑應(yīng)該是長(zhǎng)矛長(zhǎng)度的1/9；而對(duì)于發(fā)射石彈的弩炮，其扭力彈簧的直徑應(yīng)該等于彈丸質(zhì)量平方根的1.1倍（這個(gè)神奇的羅馬公式中，直徑的長(zhǎng)度單位為德克太爾，約為19.8毫米，彈丸的重量單位為米納斯，約為437克）。千萬(wàn)不要小看這個(gè)貌似簡(jiǎn)單的公式，這里包含了羅馬人對(duì)扭力彈簧力學(xué)特性和初步對(duì)彈道的精確認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)代彈性力學(xué)理論證明，扭力彈簧的扭力確實(shí)和其直徑的三次方存在一定的比例關(guān)系！更為重要的是，這個(gè)公式提出了近似立方根的求值問題，因?yàn)橐胗?jì)算扭力彈簧的直徑，就必須算出彈丸重量的立方根，智慧的羅馬人卻用一種出奇巧妙的方法成功的解決了這個(gè)難題，他們利用幾何原理創(chuàng)造了一種組合滑動(dòng)直尺，可以直觀的計(jì)算出任意長(zhǎng)度的三次方根。
羅馬發(fā)展
羅馬的輕型弩炮
羅馬人還研制出了最早的連發(fā)弩炮。公元前2世紀(jì)左右，亞歷山大城的狄俄伊索斯設(shè)計(jì)了這種里程碑式的武器：備用的箭矢存放在V型的“彈匣”中，通過(guò)一組五邊形齒輪和鏈條機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，弩炮的待發(fā)、裝填、擊發(fā)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，其構(gòu)造的精密令人稱絕。這種武器在過(guò)去一直不為人知，直到近年才通過(guò)史料得到證實(shí)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)立即顛覆了人們的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)：過(guò)去達(dá)芬奇一直是公認(rèn)的鏈條發(fā)明者，而現(xiàn)在人們知道早在1000多年前，古羅馬人已經(jīng)懂得如何利用鏈條實(shí)現(xiàn)往復(fù)動(dòng)作！可惜的是，盡管連發(fā)弩炮的火力密度大大提高，但在生產(chǎn)力水平低下的當(dāng)時(shí)，卻背上了“浪費(fèi)彈藥”的惡名，從而在曇花一現(xiàn)之后迅速銷聲匿跡，最早的連發(fā)武器竟然如此夭折?；叵朐?000年之后，人們對(duì)于剛剛誕生的機(jī)槍仍然還抱著同樣的觀點(diǎn)，新生事物與習(xí)慣勢(shì)力的抗?fàn)幨呛蔚绕D難。正因如此，創(chuàng)新才難能可貴。
在考古發(fā)現(xiàn)中，人們找到了羅馬人大量使用弩炮的證據(jù)。似乎輕便型弩炮更受羅馬軍隊(duì)的青睞，一個(gè)羅馬軍團(tuán)5000人左右，裝備弩炮40-50門，比例不到1%，弩炮的發(fā)射速度很慢，在野戰(zhàn)中并不會(huì)有太大作用，在卡萊之戰(zhàn)中，羅馬人對(duì)波斯人密集的弓箭束手無(wú)策，弩炮根本沒有起到任何作用；扭力彈簧被封閉在金屬圓筒中，從而得到更好的保護(hù)；橫梁上設(shè)置的準(zhǔn)星和箭矢尖端構(gòu)成了瞄準(zhǔn)基線，更利于瞄準(zhǔn)射擊；許多弩炮被安裝上輪子，依靠畜力馱運(yùn)，頗似今天的山炮或重機(jī)槍。羅馬軍隊(duì)極為重視弩炮的訓(xùn)練和使用，熟練的炮兵可以根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)絞盤時(shí)金屬棘輪的響聲次數(shù)估算弩炮的射程，并根據(jù)彈道學(xué)推算出仰角和提前量進(jìn)行準(zhǔn)確的射擊。
雖然卡萊之戰(zhàn)中弩炮表現(xiàn)欠佳，單這并不是一個(gè)雞肋的武器，實(shí)際上，在359年的阿米達(dá)圍攻戰(zhàn)中，羅馬的弩炮表現(xiàn)出了極好的實(shí)力。
除了應(yīng)用于小規(guī)模的沖突，輕弩炮還廣泛應(yīng)用于野戰(zhàn)，在共和國(guó)時(shí)期，當(dāng)蘇拉與本都軍隊(duì)交戰(zhàn)時(shí)，蘇拉將數(shù)百具輕型弩炮集中在一起，集中朝敵人陣型的一點(diǎn)發(fā)射，將敵人的陣型迅速打開了一個(gè)缺口，羅馬步兵借著缺口一貫而入，打破本都軍隊(duì)。
在后來(lái)與安息的戰(zhàn)爭(zhēng)中，羅馬人更是配備了大量的輕弩炮用來(lái)對(duì)付安息的具裝騎兵，這些弩炮與弓箭手、投石兵一起壓制了安息人的火力，并不斷擊殺他們的精銳具裝。
想想吧，木材、金屬、動(dòng)物肌腱、繩索竟然能夠組合出如此強(qiáng)大的武器，它發(fā)射的彈丸能夠輕易命中數(shù)百碼外的目標(biāo)，但這種偉力的源泉卻不是火藥，這也許就是對(duì)人類創(chuàng)造力的最佳詮釋。
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