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投石機(Catapult)是上古時代的一種攻城武器,可把巨石投進敵方的城牆和城內,造成破壞。

1兵器簡介

投石機(Catapult)是上古時代的一種攻城武器,可把巨石投進敵方的城牆和城內,造成破壞。
投石機又稱,可以投擲一個或多個物體,物體可以是巨石或火藥武器,甚至是毒藥和屍體,這可能是最早的生化武器。[1-2]

2兵器類型

彈力投石機(Ballista),其中文名稱又有床弩、弩炮、射箭機,在古希臘羅馬時即在使用,依靠弓弦的彈力來拋射,除了發射大型箭也可以發射石彈,是機械弓弩的變種。這種機械在中國地區稱作床弩或床子弩。
扭力投石機(名稱有Catapult、Catapulta、Mangonel、Onager),從弓發展而來,其中文名稱又有石弩(義即發射石彈之弩)、投石車、彈射器或弩炮。在古希臘、古羅馬時即在使用,依靠扭絞繩索產生力量彈射。彈射桿平時是直立的,桿的頂端是裝彈丸的「勺子」或皮彈袋,桿的下端插在一根扭絞得很緊的水平繩索里。彈射時,先用絞盤將彈射桿拉至接近水平的位置,在「勺子」或皮彈袋裡放進彈丸。鬆開絞盤繩索時,彈射桿恢復到垂直位置將彈丸射出。而「Onager」這種投石機發射時很像驢子再踢腿,所以才稱為「Onager(野驢)」。
人力拋石機,亦稱牽引拋石機(名稱有Traction Trebuchet),最早出現於公元前5世紀戰國時期,北周和隋唐時期西傳,先為早期的阿拉伯人使用,其後傳入歐洲。人力拋石機通常稱為炮,是純利用人力的人力拋石機,是用人力在遠離投石器的地方一齊牽拉連在橫杆上的梢(炮梢)。炮梢架在木架上,一端用繩索栓住容納石彈的皮套,另一端系以許多條繩索讓人力拉拽而將石彈拋出,炮梢分單梢和多梢,最多的有七個炮梢裝在一個炮架過,需250人施放。炮在古代中國出現的,多人一同拉下槓桿的一邊拋射另一邊的石彈。炮也是中文中對所有種類投石機的泛稱。附有輪子的通常稱行炮車。
重力拋石機、回回炮、平衡重鎚投石機、配重式投石機(名稱有Counterweight Trebuchet、Trabutium),從中國人力拋石機發展而來,最早出現在歐洲12世紀末中世紀的一種投石機,一種最大型的投石機,南宋時隨蒙古傳入中國。利用槓桿原理,一端裝有重物,而另一端裝有待發射的石彈,發射前須先將放置彈藥的一端用絞盤、滑輪或直接用人力拉下,而附有重物的另一端也在此時上升,放好石彈後放開或砍斷繩索,讓重物的一端落下,石彈也順勢拋出,此種拋石機經由伊斯蘭地區傳入中國而被稱作「回回炮」。到了14世紀中期,有的拋石機能拋射將近1000磅(約454公斤)重的彈體,威力巨大。近代試驗表明,吊杆長50英尺(約15.2米),平衡重鎚為10噸的拋石機能將200到300磅(約90-136公斤)的石彈拋射約300碼(約274米)的距離。可以投擲一個或多個物體,物體可以是巨石或火藥武器,甚至是毒藥、污穢物、人或動物的屍體,達到心理戰的目的,那些污穢物同時也是最早的生化武器。

3器械原理

投石機是一種極好的攻城武器,近代試驗表明,吊杆長50英尺,平衡重鎚為10噸的拋石機能將200到300磅的石塊拋射約300碼的距離。到了14世紀中期,有的拋石機竟能拋射將近1000磅重的彈體。投射類武器還有一種重要的心理效果,可以將巨石投入堡壘之內將房屋擊得粉碎,還能投擲穢物、死獸,敵方死者頭顱,以及囚徒的屍體來驚嚇城內人民。
雖然這些攻城武器看起來威力都很大,但實際上,挖隧道仍是摧跨城垣或塔樓最常用的方式。在炸藥的大規模運用前,炸開城牆的地基一般是先找一個角落或挖一條隧道,隨著挖掘者的推進,用大量木料支撐住隧道的頂部。當其恰好到達城堡的牆下時,將大量豬油 或幾頭死豬填進隧道,點燃,炸毀城牆,從而破牆入城。
為了弄清楚這種上古投射器械的威力和機理,對於所有提到過投射器械的古代作者做一番詳細的研究是非常重要的,其目的在於從啰嗦的行文和令人不解的引文中收集出有用的真相。人們普遍認為,比起希臘工匠所建造的投射器械的原型,羅馬人征服希臘(B.C.146)之後所製造和使用的投射器,在此後的兩至三個世紀里逐漸變得粗劣。主要是因為其關鍵部件的製造工藝逐步被遺忘,而後竟至失傳,這些器械的效率降低了。比如,對每一台古代投射器來說都是至關重要的筋腱絞索(skein of sinew)製作工藝。用來制索(sinew)的腱(tendon)采自動物,具體是何種筋腱及其處理方法今天都已不可考了。我用來試驗的各種筋索(sinew)、毛髮或繩子,在施加了很大的壓力后,只需經過很短的時間,不是斷裂損壞就是喪失彈性,不得不費錢費力地加以更新。我們不得不用在模型上的繩束,其強度(特別是彈性),遠比不上動物筋腱絞索,甚至還比不上毛髮。
投射器桿臂的構造,不論是用於單臂豎直式的扭力式投石機(以下省稱為投石機),還是雙臂橫置式的弩炮,也是無法克服的一個難題。因為我們對如何製造此類桿臂以使其能承受巨大的形變一無所知。我們只知道大型投射器的桿臂是由數根木杆和又粗又長的筋腱沿縱向配合起來,而後再用較寬的生獸皮條綁紮成圓形,等獸皮幹了以後就會又緊又硬,猶如一層金屬外殼。我們知道這些,但卻不知道製作一根既輕便又有韌性,強度又足以承受施加在投石機和弩炮上的變形的桿臂,秘訣在哪?
當然,通過製作一個很粗的桿臂,這樣是不會折裂了,但是對重量影響太大,而重量不合理則使桿臂達不到以較高效率投出彈丸所需的速度。由堅硬實木製作的笨重的桿臂,其輕便和效率當然比不上由木頭,獸筋和獸皮複合的桿臂。前者在拋石時必然會較為遲緩,而後者相比之下就較為快捷而有彈性,就好像一個鋼製彈簧。
當希臘人完美的投射器製造技藝已經失落,人們只能用低效的設計取而代之。假如上古時代巨型投石機的製造技術能按其完美原樣保存,中世紀那笨拙的配重式投石機(Trebuchet)根本就不會得以普及。配重式投石機的威力乃是籍由迴轉臂一端的巨大配重使另一端抬起,帶動其上安裝的擲彈帶以投射石彈。至於射程,配重式投石機不管有多大,由於只是依賴配重工作,與依靠螺旋型緊緊扭曲的巨型筋腱絞索彈性的投石機相比,其效率是無法相提並論的。毫無疑問,假如後者能以其完美的形態保存下來,那麼大炮的引進將會推遲很多——因為早期大炮的作戰效果比起上古最好的投射器械來曾長期明顯落後。
經常引起爭議的投石機和弩炮的射程問題可以通過對比其性能,即古代軍事作家所給出的性能和現代複製品的實驗結果而獲得相對精確的解決。在處理此類問題時,我們必須仔細地將攻城時投射器械的位置和環境因素考慮進來,特別是還要考慮到攻城器械的製造目的。例如,弓箭手由於利用了在高塔和雉堞的優勢,可以將箭矢輕鬆地射到270~280碼(246-256米)射程。為此之故,為了安全操作攻城器械,很有必要將其置於任何被圍城牆的300碼(274米)之外。由於投石機和弩炮的作用不僅在於向築壘地點防禦工事上的士兵投射矢石(missile),同時也要清除城頭,攻擊防禦工事內的房屋和人員,所以很明顯的,投射器械的射程要達到400至500碼(365~457米)或以上,才能適於操作。

4器械歷史

古希臘時代
扭力投石機

  扭力投石機

關於古代投射器械的簡要介紹-引自The Projectile Throwing Engines of the Ancients Sir Ralph Payne-Gallwey,1907
所有給我們留下此類器械記載的古代希臘作者中,希倫(Heron.284-221B.C.)和斐羅(Philo約200B.C.)是最為可靠的。這兩位機械學家都給出了精確的圖樣和尺寸,使我們可以重新製造這種器械,即使不是非常準確,其精確度也足夠用於實際操作。
儘管在阿森納烏斯(Athenaeus),庇頓(Biton),阿波羅多盧斯(Apollodorus),迪奧多魯斯(Diodorus),普羅科庇烏斯(Procopius),波利庇烏斯(Polybius)以及約瑟夫斯(Josephus)的作品中我們只能找到不完整的描述,但是這些作者們,尤其是約瑟夫斯卻經常會提到此類器械在戰爭中的功效;雖然其行文中透露的信息有限,但在與希倫和斐羅的作品一起看的時候,仍是有用的,並且具有解釋性。在古羅馬眾多的歷史學家和軍事工程師之中,維特魯維烏斯(Vitruvius)和阿米亞努斯(Ammianus,又譯做阿米安)是最好的作家。維特魯維烏斯的描述轉抄自古希臘作家那裡,顯示羅馬人從希臘人那裡採用了這種投射器械。
扭力投石機

  扭力投石機

從所有這些描述了投射器械的古代作者那裡,我們所看到的是對原始記錄的轉抄。因此很自然的,我們將會遇到眾多很明顯不對的章節和繪圖。這是多次轉抄的結果,有些部分我們明顯感到有錯但又無法證明其錯誤。除了一些極少數的例外,上面提到的所有的作者在遇到所描述的投射器械上的細節和操作性能方面的疑問時只是記錄下他們自己的想象。當然,所有這些不合邏輯的信息在我們試圖闡述這些投射器械的建造和性能時所起的妨害作用大於其幫助。
射程問題
埃吉西斯特拉圖斯,一位活躍於B.C.200年左右的希臘作家,曾著有論述製造軍用武器的專題論文,其中估計某些投射器械的射程可達3.5至4個斯塔迪亞(670-740米)。其人的著作雖已不存,但部分內容曾被阿森納烏斯所引用而得以保存。
中世紀的扭力式投石機通常都在桿臂末端裝有一個凹槽或座子,以安放投射的石彈,參見圖5[4]。但我發現,古希臘和古羅馬人所用的最初也更好的投石機的結構上,在桿臂的末端裝有一個有繩子和皮套做成的擲彈帶。
中世紀的扭力式投石機不帶擲彈帶,投出的是巨石,但是比起以前帶擲彈帶的同類武器投射的距離要短。除了配重式投石機而外,我找不到任何在此時代有投石機使用擲彈帶的例子或圖片。所有的證據都表明,製造扭力式投石機的弦索及其他重要部件的秘密,在羅馬人從其被擊敗的敵手—希臘人手裡將此類武器仿製過來以後的2個世紀內,大量丟失,其結果就是引入配重式投石機拋射石彈。而扭力式投石機,由於其製造的技藝逐步被遺忘,在攻城時的效率逐步降低,最後逐步被替代。15和16世紀的扭力式投石機比起約瑟夫斯所描述的用在A.D.70年耶路撒冷之圍和A.D.67年約他帕他之圍中的投石機要差的太多了。投射石彈的投石機設計草圖,其桿臂已部分絞下大致比例:1:24。
在投石機的桿臂上加上擲彈帶至少能使其威力提升1/3。例如,假如將其弦索綳至其極限,可以射出近500碼遠(457米)。假如桿臂的上端被做成座子以安放石彈,則桿臂的此端必須做的又大又沉。又假如桿臂端部安裝的是一個擲彈帶,則桿臂可以從粗頭向上逐步變細,則桿臂可以輕便不少,比起末端出大以安放彈丸的桿臂,反彈的時候速度也要快得多。桿臂裝上擲彈帶以後,擲彈帶的長度實際上成了臂長的延長,如此也不會給桿臂重量帶來明顯的增加。假如彈丸重量合理的話,投石機的桿臂越長,掃過空中的距離也就越長,彈丸的投射距離也就越遠。這其中的區別就象學童們用來射石子的小彈弓和大彈弓之間的區別一樣。在桿臂的末端增加擲彈帶所帶來的威力增長是令人吃驚的。我製做的一個投1磅石彈的小模型,如果使用帶座子的桿臂,投射的極限是200碼(182米)。在桿臂上加了擲彈帶以後射程立即提升到300碼(274米)了。所有歷史學家中,唯有阿米安·馬爾賽里努斯明確的告訴我們,希臘人和羅馬人所用的投石機上使用的是有擲彈帶的桿臂。
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