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轻武器不“轻”——兼论步枪设计及其发展
本文以第二次世界大战后步枪的演变历史为主线，阐述了轻武器更新换代的规律及其原因，讨论了枪械设计的特点和方法，并提出了许多值得思考的问题。
轻而难变 凡是单兵或班组携行使用的武器统称为轻武器。顾名思义，轻武器都比较轻，轻而易“举”。轻武器包括枪械系统、榴弹武器系统、单兵反坦克武器系统及轻型纵火武器等，主要装备步兵，另外也装备其他兵种(空降兵、炮兵、装甲兵、防空兵等)，如手枪、轻型冲锋枪等也装备警察和公安人员。可见轻武器不但技术门类多，而且装备面很广，装备量很大。 为什么说轻武器并不“轻”呢？这个“轻”并不是指武器质量，而是指轻武器在发展中，不能“轻易”地更新换代，全世界都是如此。以轻武器的代表产品——枪械为例，举几个实例。大家都知道，1888年改进后的7.92mm毛瑟步枪，一直使用到第二次世界大战结束，该枪在各国服役约50多年。我国1956年式7.62mm冲锋枪是仿制苏联1949年装备的AK47式突击步枪，1995年才算有了真正换代的产品，服役时间近50年。再有转轮手枪，这种枪的结构在19世纪60 年代已经成型，到了20世纪初改为使用9mm巴拉贝鲁姆手枪弹，因为它具有“补火射击”功能，这是任何最新式的自动手枪都不具备的功能，直到目前美国警察仍有装备，服役期超过80年。至于谈到弹种的更换，那就更慢。俄罗斯正在使用的7.62mm机枪弹还是1908年的轻尖弹。现在我国使用的56式7.62mm步枪弹是苏联1943年的中间威力型枪弹，至今有60年的历史。9mm巴拉贝鲁姆手枪弹从1902年诞生，直到现在仍是各国广泛使用的弹种，何时退出历史舞台，似乎遥遥无尽期。这么长的换代周期中，许多重武器早已多次换代，而枪械设计人员只能在不影响通用互换的条件下不断地改进，却难以彻底推倒一代产品，非不为也，实不易也。轻武器中凡是重大的推陈出新，必定出现跨越国界而为人们崇敬的武器明星，如马克沁、加特林、毛瑟、勃朗宁、卡拉什尼柯夫、斯通纳等。 轻武器更新换代，首先受到“社会保有量”的制约。历史经验证明，在一场较有规模的战争中，武器和弹药的消耗主要依靠备战库存，生产能力再大，也供不及战争中的大量消耗，其中轻武器的装备量最大，消耗量也最大，每个国家装备部队的轻武器，都有相当规模的库存及维修备件，以及较多的专用生产线。新出现的轻武器如果在性能上没有划时代的变化，就难以取代老产品。譬如，若要更换步枪的口径，必须经过军事最高层，而要更换某种火炮的口径，就勿需这样，各军兵种可自行决定。1957年，北约集团决定将7.62mm NATO枪弹作为其制式弹种，到了1965年，美国因越战的教训，率先以5.56mm M193步枪弹及M16突击步枪装备了部队，因NATO弹的库存及对M193枪弹威力的怀疑，北约内部引起很大的分歧和争议，直到比利时人研制成功有效射程和终点效能均优于M193枪弹的SS109枪弹，才放弃了NATO枪弹，改以SS109式5.56mm 枪弹为制式弹，由各个国家自行研制5.56mm口径的班用枪族。这一争论足足花去15年。其次，受到携行负荷量的限制。一个士兵在行军中要携带武器弹药，还有生存生活系统和野战工程器材，总负荷有一定的限度(1991年，美国规定携行总负荷不超过28kg，其中战斗负荷不超过16kg，战斗负荷中M16A2步枪及210发枪弹总质量6.5kg)，分配到武器系统中的负荷只是其中的一部分。现代战争中，还要携带三防系统、通信器材(包括电源)，武器系统的质量受到新的限制，但是武器的功能却不断增加，如发射多种弹药、全天候使用等等。如果新武器的每次改进是以增加复杂的装置进而增加其质量来换取，往往注定失败。过去一支非自动步枪的质量在4.5kg左右，现在一支带光学瞄准镜的自动步枪的质量已降到3.2kg左右，携弹量几乎是过去的3倍。武器功能不断增加，而武器系统的限重不断下降，也给更新换代增加难度。轻武器可谓轻而难变。
但是，战争是新产品的“催产婆”，易打破这种难变的局面。第二次世界大战中，德国人有感于7.92×57mm大威力枪弹射程过远，终点效应过大，生产出来的步枪又重又长，士兵携弹量很少，1941年研制成功7.92×33mm短枪弹(称中间威力型枪弹)，1943年研制成功适用短弹的MP43式7.92mm突击步枪，最终替代了正在装备的M98 7.92mm毛瑟步枪。苏德战场上，步兵火力出现了差距，苏联于1943年研制成功M43 7.62mm短弹，1946年研制成功CKC 7.62mm 半自动步枪，只可惜没有赶上“二战”，1947年苏联又研制成功AK47式7.62mm突击步枪，于1949年装备部队。这两种枪全部代替了老式单发步枪。越南战争中，美国士兵装备的是使用大威力枪弹的M14 7.62mm自动步枪，北越士兵装备的是AK47式7.62mm突击步枪。交火中立即显示出使用中间威力型枪弹的火力优势。紧急情况下，美国在国内征集方案，设计师斯通纳将AR10式7.62mm自动步枪改为能发射5.56mm M193枪弹的突击步枪，送往越南，取代M14自动步枪，这支步枪便成为世界小口径枪械的起源。
“法无定法，道法自然” 鉴于单兵枪械的发展特点，其设计方法也有别于其他武器，具有独特的风格，概括起来，就是一个“巧”字。一个更新换代的产品，它的战术技术指标必须体现出更高的功能和性能，具有较大的前瞻性。指标之间(威力、机动性、人机工效、可靠性、经济性等)在处理中具有很大的矛盾，指标越高，矛盾越大。另外，作为单兵使用的武器，不论是在战争中还是行军、训练中，与士兵总是形影不离。因此在设计中，还要考虑武器与士兵有良好的“相容性”，用起来方便，拿起来舒适，看起来美观可亲。设计起来，不在“巧”字上狠下功夫，怎能满足这许多相互矛盾的要求。如果说轻武器不“轻”，这又是一条，产品系统不大，创意难度不小。
所谓“巧”，就是创造性思维的一种特殊结果。首先是依靠现有的技术基础，运用动态力学原理，构造一个体形紧凑，质量很轻的框架，这个框架能够满足各项性能和功能要求。为了达到紧凑和轻的目的，很多构件和部件都具有多种功能，“你中有我，我中有你”(如AUG5.56mm枪族的提把能容纳光学器件)，以尽量减少零件和部件的数量。枪械设计中，零件的质量是以“克”来计较，零件造型和工艺类型要以此为原则；其次，手持武器的人机关系比较紧密，瞄准、操持、装填弹药、坐力支撑、分解结合、故障排除等都由士兵完成。士兵对这位“伴侣”是喜欢还是讨厌，全看结构框架对人机工效的处置。另外，枪械造型的美学问题也有别于其他武器。一个成功的结构，必是很好地融合以上3个方面，这样的结构也极富个性，要想作局部更动，必会牵动整体。一支步枪的方案相似于一个一笔划字形，涂改不得，要改就得重写。难怪多年来提倡“三化”(标准化、通用化、系列化)，步枪最难施行。只要端详一下毛瑟、AK47、M16等著名的步枪，尽管时代不同，所依托的技术不同，设计大师们都把内在美和外在美令人佩服地融合在一起。武器设计最忌华而不实，标新立异往往没有好结果，提倡的应是简单实惠。看起来平淡无奇，实际上拙里藏巧，难怪有人说，枪械设计里经常演绎哥伦布立鸡蛋的故事。 许多人要我谈谈设计单兵枪械的经验。我从20多岁开始组织67式两用机枪的研制，到60岁参与研制95式枪族，其中多半时间从事新产品的研究，真要抽象出什么经验，乍想起来真感到空虚，还得从祖先留下的宝库中寻找灵感。孙子兵法云，兵无常势，水无常形。从前，父老们请教岳飞:您老带兵打仗，为何常胜不败？回答非常简单:战场形势多异，运用之妙，存乎一心。我想，我们搞一种工程，也和战场相似，要求不同，条件不同，对付的方略也就不同，孙子兵法和岳爷的经验都很适用。我用释门和道门的常用语，以8个字作一概括:“法无定法，道法自然”。这就是我在枪械设计中的感悟。 新一代步枪是什么？ “二战”以后世界陷入冷战，20世纪50年代华约集团借鉴苏德战场的经验，步枪全部以7.62mm中间威力型枪弹为制式弹，全部统一装备苏式CKC半自动步枪及AK47突击步枪，甚至班用机枪(LPD轻机枪)也用同一种弹。北约集团于1957年统一以NATO 7.62mm大威力枪弹为其制式弹，保持了老式步枪弹的威力。越南战争后，美国换装5.56mm 小口径突击步枪，将多年来徘徊不定的小口径步枪推出前台。以后的进程便是各国竞相研制小口径步枪，由于小口径弹药体积小，很顺利地发展成小口径枪族(通用件比例很高的步枪、轻机枪、卡宾枪)。北约集团于20世纪70年代末统一使用5.56mm SS109枪弹，华约集团统一用1974年研制的5.45mm口径枪弹。20世纪80～90年代小口径枪族化在全世界形成高潮。
我国从晚清开展洋务运动直到1958年，主要是购买或仿制国外枪械(1943年民国政府仿制7.92mm步枪，仿制中将人机结构根据国人的特点作了重新设计)，1953年和1956年大量仿制苏式枪械装备步兵。1958年后期，枪械行业率先自行研制，相继研制成功的有63式7.62mm自动步枪(替代仿制的56式半自动步枪和56式冲锋枪)、67武7.62mm两用机枪(替代仿苏的53式重机枪、57式重机枪和58式连用机枪)，后者的改进型67-2式两用机枪仍在装备。自从1965年出现M16 5.56mm突击步枪以后，我国轻武器行业就意识到这一新生事物的意义，积极跟踪，1971年“713”会议上，确定在我国开展小口径枪械的研制，由于各种原因，直到1987年我国第一代小口径枪族才设计定型。由于军方一直坚持新的弹种要兼备轻武器有效射程(含终点效能)，口径选为5.8mm，略大于国外同类口径。这样一来，枪的设计就很困难，改进后的87式5.8mm突击步枪的质量达3.95kg，远大于国外同类产品(3.4kg左右)。军方决定重新论证、重新研制，新5.8mm枪族于1991年集中行业主要力量开始研制，1995年底设计定型，总体性能达到国际先进水平，主要性能处于领先水平(表2)。95式5.8mm突击步枪的质量只有3.25kg，而有效射程超过国外同类产品。至此，经过我国几代人的坚持不渝，终于赶上小口径枪族化的班车，经过25年漫长的时间，在枪械领域跻身世界先进行列。
在枪械小口径化后，步兵班火力走向以连发射击为主。连发射击时，由于枪身的抖动，弹头的弹道散布比在单发射击时大得多，在步枪的有效射程(300～400m)上，弹头命中目标的概率明显降低，这对于一个士兵有限的携弹量来讲十分不利。20世纪60年代末，美国人又推出一种“齐射计划”，即步枪发射多弹头枪弹，发射出膛的分弹头产生自然散布，依靠这种散布来弥补瞄准误差，提高命中概率。但是这种分弹头由于质量小，远战性能很差，特别是小口径化后，更难突破。但这个办法被德国人变通后予以实现。70年代初，德国HK公司在实施无壳弹/枪系统计划时，设计了一种旋转枪机(区别于直动枪机)，供弹入膛的行程特别小，射击频率可以达到2000发/分以上(为传统自动步枪射频的3倍)，并以3发点射机构加以控制，每发射一次，3发弹相继飞出枪膛，十分接近齐射，以提高命中精度，而发射的全是独头弹，保证了远战性。这就是名噪一时的G11式4.7mm 无壳弹枪。G11步枪在持续连发射击时，通过变频机构使射频降到400发/分，以降低耗弹量。作为先进战斗步枪(ACR)计划(美国于1982年发起)的一个竞选方案，G11步枪于1990年参加了对比试验，结果，平均命中概率没有超过已经装备的M16A2 5.56mm突击步枪，宣告失败。此后，由于资金问题，被迫停止研究。像G11这样的系统，是一种从原理到结构全新的设计，在它短短的历程中，技术障碍接踵不断，来不及精心考虑精度问题，就此结束，令人扼腕。不过，这同一种理念被俄罗斯人于1994年推出的AN94式5.45mm突击步枪(“阿巴甘”计划)得以实现。该枪扣动扳机后，头2发弹以1800发/分的射频射出，继续射击时射频变为600发/分，再扣扳机可以重复以上过程，也有一个变频机构。AN94式步枪从技术来讲完全是一种传统枪械，使用5.45mm常规枪弹及双排30发常规弹匣。据称，命中概率比AK74高出许多倍，尽管质量较重(约4kg)，军方仍然接受，成为俄未来的换代产品。提高步枪的命中概率，这是近几十年来比较紧迫的主题，常规措施(如降低射击频率、改进动力学框架、改进人机工效等)不能起到有效的结果，AN94步枪的出现证实了提出“齐射”理念者的高明，但这中间整整经历了30多年。尽管最近几年，单兵武器的发展被“点面结合”武器吸引过去，但“齐射”理念并没有过时，由它衍生出来的变频技术会继续发展下去，至少德国人不一定甘心，俄罗斯人将会继续改进。
20世纪90年代中期，世界又热炒起了“点面结合”的单兵武器。这种武器能发射小型榴弹，可对800～1000m内的目标进行射击；能发射枪弹，可对400m内的目标进行射击，是一种远近结合、点面杀伤结合的武器，杀伤效能很高。由于榴弹初速不高，弹道弯曲，必须配有火控系统(包括测距、昼夜瞄准)，榴弹引信也能全程控制，整个系统比枪械复杂。目前，国际上比较著名的有美国理想单兵战斗武器(OCIW)和法国的单兵双口径武器(PAPOP)。这类武器是依靠高新技术组装起来的。发展这类武器，首先碰到的是质量问题，仅武器子系统(包括30发榴弹、90发枪弹)就比现在的步枪系统(包括150发枪弹)重5kg左右，再加上防护及电台子系统，总携行负荷将远远超过美军规定的28kg；其次是可靠性、可维修性问题，因为这类武器的故障除去传统的机械故障，还有光电系统故障、软件故障；再就是价格，根据经验，火控系统的价格是武器主体的3倍左右，美国人批量4～5万件的OCIW，采购价为每件1万美元。虽然这些都是可变因素，但也非朝夕可达。这些都是单兵武器引入榴弹武器后引发的问题。20世纪80年代末，各国陆续为下车的徒步士兵配备综合作战系统，以强化士兵捕捉目标的能力、感知战场的能力、杀伤能力、存活能力及机动性。作战系统包括头盔子系统、计算机/电台子系统、软件子系统、防护生存子系统及武器子系统。起初，武器子系统还是各国的制式步枪，到20世纪90年代末就被点面结合的单兵武器替代，比较著名的有美国“陆地勇士”计划，法国先进战斗士兵系统计划，英国FIST士兵系统。这是以士兵为平台，建立的C4I系统，以适应信息化数字化战场。这无疑全面提升了轻武器技术。但是也要看到前面所提的几个问题将更加突出，此外，还要加上信息安全性问题。为了缓解上述矛盾，各国都在不断地进行一体化集成设计。
演变到这种程度，就要严肃地提一系列问题，小口径枪族化以后的换代产品将是什么？是点面结合单兵武器？提高步枪射击效能的观念是否已经过时？大幅度提高射击效能是否不再可能？ 我们说轻武器不“轻”也就是这个道理。 (编辑/樵夫) |
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