书城科普身手不凡的机器人:无处不在的新科技
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第22章 军事与航空航天科技(1)

军事科技是直接运用于军事领域的工程技术。它是建设武装力量和进行虞争的物质基础与技术手段,包括各种武器装备及其研制、使用和维修技术,军事工程,军事系统工程。

航空航天科学技术是20世纪兴起的现代科学技术,自其形成以来,一直汲取基础科学和其他应用科学领域的最新成就高度综合了工程技术的最新成果,并引领许多学科专业的发展,甚至促成了某些专业的形成。

航空航天科技自出现以来就与军事科技有着密不可分的联系,多数航空航天的技术都由军方支持实现。

一、神奇的古代兵器——抛石机

古代最早的炮是石字旁,据说是与石头有关,这种石字旁的炮叫抛石车。抛石车是利用杠杆原理抛射石弹的大型人力远射兵器,它的出现,是技术的进步也是战争的需要,可是它究竟为何有如此大的威力呢?让我们在此一探究竟。

抛石车是一种利用杠杆原理抛射石弹的大型人力远射兵器,春秋时期已开始使用,最初的抛石车结构很简单,一根巨大的杠杆,长端是用皮套或是木筐装载的石块,短端系上几十根绳索,当命令下达时,数十人同时拉动绳索,利用杠杆原理将石块抛出,这就是古代的战争之神了。

据说中国战争史上首次大规模地使用抛石车,是在秦将李信攻打楚国时出现的。当时李信率领的秦军暂时处于上风,可是楚军却秘密准备了大批的抛石车准备御敌。所以当秦军渡河时,楚军突然用抛石车同时发射石块,这时只见无数尖利的石块乌云般砸向秦军,结果导致20万秦军全面溃败。

《三国志》中曹操在官渡之战中使用一种抛石车,因抛石时声音很大,所以命名为“霹雳车”。为史书中最早有记载的抛石装置。而《资治通鉴》中也记载,袁绍在营中堆土成山,建立高楼,向曹营射箭,曹操建霹雳车发射巨石攻击高楼,将其一一摧毁。

抛石车到南北朝后期,发展成为一种舰用水上拍竿。隋灭陈的荆门水战中,隋舰在前后左右装有六座巨大的拍竿,高可达16米多,击沉陈军战舰十余艘,威力惊人。

而到了隋唐以后,抛石车成为攻守城的重要兵器。

但宋代较隋唐更有进一步的发展,不仅用于攻守城,而且用于野战,不仅抛射石弹,而且抛射燃烧或爆炸弹。

到南宋末年,蒙古攻占襄阳中,就首次使用半自动投射的襄阳炮了。这种抛石车在杠杆后端挂有一块巨大的铁块或石块,平时用铁钩钩住杠杆,放时只要把铁钩扯开,重物下坠,就能抛出石弹。由于人力需求较少,此炮比旧式前辈威力大得多,射程也更远,攻襄阳时,曾抛射近90千克的石弹,将地面砸出2米多深的弹坑。

一场由抛石车导致的攻守变革终于在北宋末年爆发了。这场变革是由当时地处北方的金国发出的。正是这个塞外民族,凭借草原民族的骠悍气魄,极大的促进了抛石车的应用,使万炮齐鸣于中原大地。

据记载,金军在灭亡北宋的汴京之战中,一夜之间架设抛石车五千余座,以汴京长达25千米的外墙,每千米还要分得50座。金军为了搜集足够的石弹,将汴京附近的石制品洗劫一空。攻城时,先将护城河填平,而后万炮齐发,再辅以大量强弩,一举击溃守城部队的部署,进而出动与城墙等高、可容纳80人的巨型攻城车——对楼展开登城战。量变到质变,大量抛石车的运用促发了全新战术的诞生,其流星雨般猛烈地打击令戒备森严的城防完全无法招架。

针对这种新战术,提出系统城防思想的是南宋初年一位叫做陈规的杰出文官。此人亲身体会到抛石车对攻防双方的巨大影响。并凭借着过人的谋略,屡屡在各城挫败为数众多的金军,奠定了其作为那个时代城防第一人的历史地位。陈规所撰写的《守城录》,至今仍是中国古代最著名的兵书之一。

二、雷霆之怒——古代的火药兵器

史载,北宋末年,中国的火器专家们制造出了陶制和铁制的“震天雷”和竹质管形“突火枪”。这两种火器在战争中主要用于攻坚或守城。其爆炸威力较大,声音巨大,不仅能杀伤敌人,而且能在声势上起到威吓敌人的目的。

1126年,宋朝大将李纲守开封时,就曾用震天雷等火器击退金兵的围攻;1132年,陈规守德安,抵御李横时就使用了“以火药炮”制造的“长竹杆火枪”二十余条,长竹杆火枪稍加改进就是突火枪。据记载,在1259年,今安徽寿春地区就有人制成突火枪。在《宋史·兵志·器甲之制》中说,突火枪“以巨竹为筒,内安子窠,如烧放,焰绝石子窠发出,如炮声,远闻百五十余步”。攻金的蒙古军队惟畏惧震天雷和突火枪二物。

震天雷是一种火炮,是陶或铁壳类的爆炸性兵器。点燃火药后,蓄积在炮内的气体压力增大,爆炸时威力巨大,能穿甲铁。《金史》这样描述道:“火药发作,声如雷震,热力达半亩之上。人与牛皮皆碎迸无迹,甲铁皆透”。震天雷就是今天炸弹的前身。

突火枪又名突火筒,一般由竹筒制成,内置子窠。火药点燃后产生强大的气体压力,把“子窠”射出去。“子窠”就是原始的子弹。突火枪开创了管状火器发射弹丸的先例。突火枪就是现代枪炮的前身。突火枪等管状火器的发明是武器史上的一大飞跃。

震天雷和突火枪这些火器都离不开火药,火药的出现促成了这些火器的诞生。

三、水下幽灵——潜艇

潜艇,又叫潜水艇,是主要在水面下进行战斗活动的军舰。以鱼雷或导弹等袭击敌人舰船和岸上目标,并担负战役侦察。潜艇之所以能够发展到今天,是因为它具有隐蔽性好、突击力强、续航力大和自给力强,并能远离基地独立作战等突出特点。

17世纪初,居住在英国的荷兰物理学家科尼利斯·德雷布尔制造出了能在水中任意沉浮并能划行的小艇。1620年,德雷布尔举行了一次展览,向人们展示了他的发明。经过多次航行实验,证实了其在水下航行的可能性。19世纪末,各国发明家开始纷纷研制机械动力潜艇,其中最具代表性的是美国的约翰·霍兰。他于1875年研制成功了第一艘机械动力潜艇。同年5月,约翰·霍兰又研制成功了一艘被后人称为“霍兰艇”的潜艇。这艘在水面航行时采用汽油发动机推进的潜艇在水下航行时使用电动机,为电动机提供动力的蓄电池一旦用完,汽油发动机在潜艇浮出水面时又可为蓄电池充电。这种水面动力和水下动力的巧妙结合形成了现代潜艇动力装置的一种模式,此外,“霍兰艇”上首次装备了当时海军的最新武器——“白头”鱼雷,从而使潜艇具备了击沉水面舰艇的能力。“霍兰艇”的出现,标志着现代潜艇的诞生。

现代潜艇的艇体是由耐压结构和轻型结构两部分组成。耐压结构包括耐压艇体、耐压指挥台以及耐压液舱等,是保证潜艇在安全深度之内能够从事水下活动的基本结构。轻型结构包括潜艇的指挥台围壳、上层建筑以及一些液舱等。潜艇的动力系统有柴油机、电动机和核反应堆几种类型。潜艇的探测系统主要包括声纳和潜望镜。其中声纳是潜艇上最重要的探测设备,声纳通过音响信号探测和追踪目标。潜望镜是潜艇内部对水上进行潜望的望远镜式设备,担负着潜艇对水下与天空警戒、定位和导航的任务。

在目前,世界各国海军中,潜艇部队是一支十分重要的现役作战力量。现代潜艇按作战使命可分为战略导弹潜艇、攻击潜艇和特种潜艇;按动力类型分为核动力潜艇和常规动力潜艇;按排水量可分为大型潜艇(2000吨以上)、中型潜艇(600~2000吨)、小型潜艇(100~600吨)以及袖珍型潜艇(100吨以下)。

四、贴身杀手——手枪的发明

手枪是一种单手发射的短枪,它短小轻便,具有突然开火的特点,通常在50米内有良好的杀伤威力。手枪由于短小轻便,携带安全,能突然开火,一直被世界各国的军队和警察使用。

手枪经过了约500年的漫长发展、改进、演变的过程,逐渐具备了现代手枪的结构和原理,现代手枪诞生的标志是左轮手枪和自动手枪的发明。

左轮手枪——左轮手枪是转轮手枪的俗称,它是一种个人使用的多发装填非自动枪械。其主要特征是枪上装有一个转鼓式弹仓,内有5~7个弹巢(大多为6个),枪弹装在巢中,转动转轮,枪弹可逐发对准枪管。由于常见的转轮手枪在装弹时转轮抽左摆出,因而又称左轮手枪。

世界上第一支具有实用价值的左轮手枪是由美国人塞缪尔·柯尔特在1835年发明的。在此之前,早在16世纪,在欧洲就曾出现过火绳式左轮扳手枪,后来又出现了燧发式转轮手枪。但是柯尔特以前的左轮手枪一是需用手拨动转轮,或是用手扳动击锤带动转轮到位,然后才能扣压扳机完成单动击发;二是枪弹的击发火得解决,所以它们应用不广。

而柯尔特发明的左轮手枪具有底火撞击式枪机和螺旋线膛枪管,使用锥形弹头的壳弹,并且扣动一下扳机即可联动完成转轮待击发两步动作。这使左轮手枪头一次真正具有了良好的实用价值,得到了世界各国的广泛使用。虽然人们又对左轮手枪进行了一些改进,但它的基本结构和原理依然保持着柯尔特发明时的原样。所以柯尔特被称之为“左轮手枪之父”是当之无愧的。

著名的枪械设计师约翰·摩西·勃朗宁出生于美国一个颇有声望的军械世家,1897年后移居到比利时。勃朗宁曾根据博查德的发明设计了多种性能优良的手枪,其中某些类型的勃朗宁手枪至今仍在许多国家的军队中装备使用。

手枪出现的时代,说法大相径庭。一种说法是手枪出现在1540年,由意大利人造出了皮斯托亚手枪。另一种说法是,1419年,胡斯信徒在反对两吉斯蒙德的战争中使用了一种哨声短枪,手枪因此而得名。

手枪应用于军事领域,可以追溯到16世纪中叶。1544年,德国骑兵在伦特战斗中,对法军使用了单手转轮打火枪。随后法国也出现了相同的手枪骑兵。金属弹壳发明后,击发式手枪便出现了,其首要标志是美国人伊桑·艾伦设计了胡椒盒手枪,即多管旋转的击发手枪。接着,英国和欧洲大陆也开始生产此类胡椒盒手枪。

1835年,美国军人柯尔特发明了装有底火撞击与线膛枪管的左轮手枪,这是第一支真正成功并得到广泛应用的左轮手枪。同年,史密斯·韦森研制出新型斯柯菲德11.43毫米左轮手枪。

1889年毛瑟手枪问世,确立了自动手枪结构原理。1893年,德国制造了第一支实用的博尔夏特7.63毫米自动手枪。德国人卢格对该枪又进行了改进,这就是世界闻名的卢格手枪。在两次世界大战期间,自动手枪得到了很大的发展,出现了许多结构新颖、性能优良的自动手枪,如美国的柯尔特M1911式及M1911A1式11.43毫米手枪,比利时的勃朗宁9毫米大威力手枪,意大利的伯莱塔M1934式9毫米手枪,奥地利的施泰尔9毫米手枪等。

从19世纪末自动手枪出现到现在,尽管手枪特别是近代手枪在技术上并没有重大的突破,但仍得到了一定的发展,包括手枪自动原理和结构的改进与发展,而且手枪的口径也经历了一个由大到小,又由小到大的发展过程。

五、能预知水的奥必——声纳

大家都知道,如果我们对着高山或峭壁喊话,就会听到回声。声纳这种用电力在水下定位的仪器,就是利用回声的原理工作的。利用发声率得到的回声,就能够找到障碍物的所在,根据接收的回声的时间长短,还能对发声体呀离目前标的远近作出判断。

声波在海水中传播的时候,它不会被海水吸收掉,而且它的传播速度还会比在空气中更快。水越深的时候,声波的损失也就越小,传播速度就会越快,传播的距离也就会更远了。

回声测位仪就是利用这种原理制造的。它的发射机能够产生一种特定的信号,这种信号能够变成声音信号发射到水里。当声音碰到水下的障碍物时,就会有回声出现。仪器中的接受仪器在接到回声后,就能知道回声传来的方向和距离。水下障碍物的位置就可以被准确地发现了。

现在,声纳一般分为主动声纳和被动声纳两种。主动声纳可往水中发射声信号,再接受它在目标上的反射回波。被动声纳只是接收和监测水下目标发出的信号,它的本身并不发射声波。

为了满足军事和海洋开发的需要,导航、侦察、探雷、测距等各种声纳系统相继问世。在探测、通讯、侦察等许多方面发挥着巨大的作用。

六、疆场上的霸主——坦克

坦克是具有强大直射火力、高度越野机动性和坚固防护力的履带式装甲战斗车辆,它是地面作战的主要突击兵器和装甲兵的基本装备,主要用于与敌方坦克和其他装甲车辆作战,也可以压制、消灭反坦克武器,摧毁野战工事,歼灭有生力量。

坦克的研制是从第一次世界大战开始的,当时为了突破敌方由壕沟、铁丝网、机枪火力点等组成的防御阵地,迫切需要一种集火力、机动力和防护力为一体的新式武器。于是,英国于1915年开始研制坦克,第二年就投入生产,并参与了1916年9月15日的对德作战。这种称为游民I型的坦克靠履带行走,能驰骋疆场,越障跨壕,不怕枪弹,无所阻挡,很快就突破了德军防线,从此开辟了陆军机械化的新时代。从那时起到现在,世界上已经建造了十几万辆坦克,成为各国陆军、海军陆战队和空降兵的主战武器。