欧洲1488年经典火炮制造技术的演变及其与中国火炮设计的对比研究

1488年的两门火炮代表了欧洲火炮制造技术的变化。这两门炮存于瑞士纳沙泰尔的一个广场，比起前辈，它们看上去纤弱苗条。老式炮粗壮敦实，而这两门长而细，越到炮口越细。可以确定它们的年代是1488年，火炮专家凯伊·史密斯（Kay Smith）写道：“如果你拿纳沙泰尔的两门炮去和17或18世纪的加农炮比较，很难看出来有什么区别。”1史密斯认为，这一设计成为了往后三个半世纪的规范，之后只有一些次要环节进行了修改。2其他学者也有类似看法。3

为什么火炮进化成了这个样子？别的不谈，长炮管首先便是它们和早先火炮的显著区别。穆罕默德二世的怪物巨炮，炮长是炮口直径的8倍，是当时最为典型的火炮；而纳沙泰尔炮的长径比是40比1。4与各自的炮口直径相较，它们是老式火炮的4倍长。更长的炮身可以让火药有更多时间去助推发射物，在炮管里有以前4倍的路程去加速。由此，准确度也得到了提高，因为长炮管更利于让发射物保持在既定的弹道里。当然，任何滑膛炮都不如提供旋转力的线膛炮精确，但在火炮的早期发展里，炮身加长是个进步。

它们威力更大是因为炮弹从石弹变成了铁质炮弹。虽然中国人在1370年左右就已经在使用铁质炮弹了，但在欧洲，从石弹到铁弹的过渡持续了整个15世纪。5换用铁弹之后，火炮威力大大加强，因为铁弹的密度比石弹大得多。举例来说，大理石——用来做炮弹的石材——密度为2.7克/立方厘米，而铁的密度是7.9克/立方厘米。一颗直径10厘米的大理石炮弹重1.4公斤，同尺寸的铁弹重4.1公斤。铁弹的重量是同等大小石弹的3倍，可是在获得一个初速度后，铁弹所得到的动能远不止石弹的3倍。发射物的动能是其质量乘以初速度平方的二分之一（Ek=1/2mv2，Ek为动能，m为质量，v为速度）。如此一来，铁弹的破坏力就是同等尺寸石弹破坏力的10倍、20倍乃至30倍——根据初速度的不同而定。新炮能把密度更大的发射物加速到更高的速度，威力远超旧炮。

同样重要的是，新炮比旧炮轻得多。传统火炮炮管很厚，新炮炮管很薄，尤其是炮管前端。这方便了运输。其次，这一点在散热上也很有效。过去的炮手要用很多临时凑合的办法去给巨型怪兽降温，往炮管里淋醋、淋热油，收效甚微——最大的家伙一天也只能发射两到三次。6新炮冷却迅速，一小时就可以发射好几次。7

填弹上也有改进。旧式火炮一般用木塞，把火药装进药室后塞进木塞（有时也用其他更软的材料，比如干草和布）。然后发射物被安置在木塞之上。新炮就不用木塞了，因为炮管和发射物之间可以更紧密地贴合。根据财务记录，以前和加农炮弹一同订制的木塞在15世纪晚期订量大幅减少，除非是用在迫击炮上的，其他的在1500年左右就消失了。8这一改进大大缩短了装填时间，对提高精确度大概也有助益。(www.xing528.com)

历史学家伯特·S.霍尔称这种长款火炮为“现代军械的集大成者”（modern ordnance synthesis）。9别的学者没有使用这个词，他们更喜欢称之为“经典”（classic）火炮。10他们一致认为，在1480年左右，加农炮达到了其后三个半世纪都没再改变的经典定型。手枪的发展趋势也与此类似。

为什么是欧洲人研发出了经典火炮，而不是中国人？数据显示，直到15世纪中叶，同一时期的中国火炮长径比和欧洲火炮都是差不多的，平均为17比1（见图表2）。11更有趣的是，有证据表明，中国火炮在设计上也循着一条相似的路径前进。有些中国历史学家发现，从洪武元年（1368）到永乐二十二年（1424），炮管长度都有显著增长。12如果我们再仔细看看数据，就会发现这个趋势其实持续得更久，如图表3所示。

欧洲火炮保持了高长径比的趋势，当16世纪10年代葡萄牙人带着他们的火炮（长度和长径比都和纳沙泰尔炮相似）进入中国时，中国人大为折服，意识到更长的炮身和更薄的炮管将带来巨大的优势。