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回复: 推理之星---推理区周期性活动第二弹【技术讨论篇】(弹道学)【6/25日截至】
火炮的弹道学
中國雖然早在十三世紀中葉發明火砲,但幾乎所有明代之前的兵學著述中,都不曾提到火砲的瞄準技術。相對的,西方的自然哲學家則一直想用數學公式,來描述砲彈的運動。西方科學家將數學知識化約成簡明實用的儀器,並藉此提昇機械操作的精密度,可以說是近代技術革命中的一項重要特色,這和中國全憑經驗來發射火砲的傳統方式,形成強烈的對比。
西方研究砲彈彈道著名者為塔爾塔利亞(Niccolo Tartaglia,c.1499-1557)和伽利略(Galileo Galilei, 1564-1642)。塔爾塔利亞在1537年所出版的《新科學》,可說是近代彈道學和砲術的重要基礎著作。伽利略則在1638年出版《兩種新科學的論述》,提出投射物的軌跡為拋物線的主張,成為砲學上的一大突破。
火砲瞄準技術之所以在中國未能普及的原因十分複雜,但應該和被當成重要軍事機密有關。明清時受到外在環境的影響,軍事學著述的出版頗為蓬勃,當時較重要的火砲學書譯者幾乎都是天主教人士,因為耶穌會士才有足夠能力翻譯西的。而中國籍的奉教士大夫也積極著書立說,突顯洋砲的威力,以吸引統治者的注意,並進而提昇西學和西教的地位。天主教人士為了維持影響力,且避免被敵人偷得相關知識,往往在其著述中的一些關鍵之處(如銃尺的刻劃和用法等),故意繪圖粗略或含混不詳。火砲的瞄準技術主要靠師徒間的口耳相傳,在缺乏詳細文字解說的情形下,許多技術都漸漸的失傳。
此外,明清時所翻譯的歐洲火砲書籍,往往直接採用原書上的數據,而沒有依照中國用的度量衡單位加以換算。且翻譯西方的單位時還抄襲中國原有的名詞,造成很大的混淆。例如明代以一步為五尺(合156cm),而圓周定義為365.25度,和《西法神機》等書上所說定義相差可遠了。此外,《西法神機》在敘述各種火砲所應裝填的彈藥時,用「斤」來翻譯pound,然而當時中國所行用的斤(=597g)不到一公斤,如果不明白其中的差異,有可能多填了火藥而增加膛炸的危險。面對西方列強的挑戰。準不準,可是大有關係呦!
一個優秀的砲手在發射火砲之前,必須估計敵人有多遠。雖然從望遠鏡中所見人形的大小可以猜測遠近,但如果使用矩度就可以精確測量距離。
矩度被波巴哈(Georg Purbach, 1423-1461)當做天文觀測中的角度量測工具以後,在十六、七世紀的歐洲風行一時。在中國,徐光啟也曾上書提到矩度之類的儀器「度板」,且認為「度板」應該如同「家傳秘方」一樣只傳給皇室子弟。由此可見測量器具的重要了。
李之藻在天啟元年抵禦滿洲時,也強調如果無法得到祕密神銃的「點放之術」,就會「差之毫釐,失之千里」。這裡所說的「點放之術」,指的就是矩度和銃規等儀器的使用法。
用统规测射程
砲手可用銃規測量火砲的射程。中文文獻中最早提到銃規的,是孫元化所寫的《西法神機》。在何汝賓的《兵錄》中,則有幾幅銃規的使用圖。
有關銃規的規格和用法,在湯若望與焦勗翻譯的《火攻挈要》中有簡明的記載。文中提到,使用銃規時先將長柄插入砲口,便可以經由垂著的權線,在弧上讀出砲管的仰角。
銃規雖然可用來量砲管的仰角,但在操作時必須冒著槍林彈雨的危險到砲口處測量,因此後來的人改進發明了可放在砲管末端使用的火砲仰角(Gunner's Level or Clinometer)。在北京故宮博物院珍藏了一個測砲象限儀就包含了一個火砲仰角儀。但這個精巧的測砲象限儀有可能是皇家的賞玩之物,並未真正用在軍事上。
用统尺测弹药
為了使每門火砲發揮最大的威力,砲手必須注意砲彈的大小和火藥的用量。銃尺的功用就是測量火砲應該裝填的火藥量。當砲彈的重量確定後,砲術家們認為所需裝填的火藥,應該有一個理想值。最恰當的狀況是在火藥完全燃燒的瞬間,剛好將砲彈推至管口。
這就是「藥彈相稱」的發砲要領。當時在中國並沒有彈藥相稱的觀念,曾有砲手使用空砲(象徵性地填裝火藥)而被嚴重懲罰,所以後來的砲手都將彈藥裝得滿滿的,很容易膛炸。徐光啟在鑄砲的時候,思宗也曾下旨要徐氏試驗在砲中裝填更多的彈藥,看能不能增強威力。崇禎四、五年間吳橋之變時,明朝守軍也曾因為裝藥過多,結果不但爆炸且有多名砲手傷亡。
為了讓司銃者判斷不同材質的圓彈所應填裝的火藥量,十六世紀歐洲的火砲製造者,在銃規上刻有相應的比例尺,讓砲手不需要複雜的計算,就可簡便地估計裝藥量。
雖然火藥的配製當時還無法完全標準化,但銃尺的發明可使砲手迅速地掌握恰當的藥量,這是火砲發射技術上的重大突破。因此,銃尺的形制和操作方式在中國往往被視為秘學,所以在當時西洋火器的中文書中都不曾提到,所畫的圖也不詳實。銃尺的原理當時仍屬於掌握在天主教人士手中的秘學,所以一般鑄砲者或砲手都不太熟悉這一種較科學的工具,到了臨戰忙亂之際,只能自求多福了。
用星斗来瞄准
雖然銃規、銃尺和矩度的配合使用大大提高了火砲的準確度,卻仍做不到百發百中的程度。明末清初的砲手往往將大砲當作平射武器使用,如此即可在近距離發揮極大威力。但因受到鑄造技術的局限,不僅砲膛不易做到光滑平直,即使砲身的厚薄輕重也很難一致,造成放砲時的偏差。且由於紅夷大砲的砲身多是由前至後漸粗,砲的中心線與砲身並不平行,所以在平射瞄準時也會產生誤差。砲術家於是發明星斗以解決這個問題,分別指的是在砲口口箍上所立的星表(或稱準星、照星),和在砲底外緣安裝的照門。
康熙二十年正月,南懷仁(Ferdinand Verbiest, 1623-1688)將奉旨鑄成的兩門戰砲運往清河,對著星斗試放。聖祖在親臨觀看之後,認為從來沒有如此準的火砲,賜名為「神威將軍」。
星斗在火砲上的使用,很可能就是南懷仁最早引進中國的,在康熙二十年鑄成的「神威將軍」上,除了刻有應用的火藥和鉛子重量之外,首度出現「星高七分」的銘文。至於南懷仁在康熙二十八年鑄造的「武成永固大將軍」上,也記星高為六分三厘。但後來清朝軍隊對星斗的重視漸減,在十八、九世紀所造大砲的銘文之上,很少看到有關於星斗高度的數據。 |
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