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知新科普:历史上的十大创新造就了现代子弹!

 火德真君 2019-05-01

知新科普:历史上的十大创新造就了现代子弹!

每当军事爱好者们谈论枪支时,大家通常会把注意力集中在武器本身 —— 弹匣、枪托、瞄准镜、扳机护具、补偿器和抑制器。专业的爱好者也还倾向于讨论与枪的操作有关的话题,如扳机拉动、枪口闪光和反冲。

但是,任何枪都是达到目的的手段,而其目的就是以高速向目标发射弹丸。今天,几乎所有人都把这种抛射物称为“子弹”,这个词来源于法语“boulette”,意思是“小球”。这就是早期的子弹 —— 铅制小球从光滑的枪膛里发射出来 —— 尽管它们现在已经进化成圆柱形,从有膛线的枪管里发射出来。这些变化和进展的发生,使得枪手的枪法越来越好,他们的子弹飞得更远,射得更准,他们的目标遭受了更为毁灭性的伤害。

虽然,关于火器的发展已经有了很多的报道,但是对现代子弹的发展却很少关注。例如5.56毫米步枪子弹和9x19毫米手枪子弹,这两种都是美国军用武器的标准。事实上,这就是我们今天要讨论的重点 —— 一步一步地进行最重要的创新,这些创新催生了今天从突击步枪到半自动手枪等武器中使用的现代弹药。

以下是现代子弹成长过程中的十个创新技术。

黑火药

在古代,中国的炼丹家经过不断的化学试验,发现硝石、硫黄和木炭合在一起能引起燃烧和爆炸,于是发明了黑火药。可惜的是,人们把它做成了驱赶鬼神的爆竹。但是,不久以后就有某些好战的人士发现他们可以用黑火药来发射弹丸。

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烟花,强大武器的多彩灵感?

最早的黑火药武器属于阿拉伯人 —— 一种用金属加固的竹筒,里面装着黑火药,用来发射箭矢。后期,取而代之的是青铜手炮,需要两个人来开火,其中一个人拿着武器,另一个拿着点燃的煤块或火线,插进一个实心末端或后膛钻出的洞中。这便点燃了黑色火药,爆燃的黑色火药从大炮的开口端发射出一个圆球 —— 第一颗子弹 —— 呼啸而出!

随着时间的推移,武器变得更加复杂,但它们仍然依赖于同样古老的化学过程,即科学家们今天所说的“爆燃”。在这种类型的反应中,火花点燃一小块黑色粉末,它不会爆炸,但会迅速燃烧,产生大量膨胀的气体,这些气体被一个不固定的“塞子”阻挡住了。当然,那个“塞子”就是子弹,子弹紧紧地塞在枪管里,气体无法从子弹周围逸出。当气体膨胀并遇到阻力时,它们会将子弹推出枪口。

再过几个世纪,更好的东西才会出现。

铅制弹丸

大多数人认为军备竞赛是冷战时期美国和前苏联之间的竞争。然而,世界各国通过积累更多、更好的武器来发挥其对敌人的优势,已成为千百年来一直存在的现实。不起眼的子弹也不例外。最早的弹丸是由小圆石头制成的,但这些石头对盔甲覆盖的战士几乎没有作用。这使得武器制造商开始探索金属子弹,将熔化的金属注入模具,让其硬化。

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卵石型子弹对这样的盔甲不会有什么效果。

铁制弹丸一度很受欢迎,但它们很难制作,需要极高的温度来融化,而且往往会使试图发射铁弹丸的火枪管破裂。然后,在17世纪早期,铅制弹丸开始在战场上飞行。铅的熔点很低,所以可以放在柴火上的勺子里浇铸。士兵和猎人甚至可以在做饭时补充弹药。而且由于铅弹更软,铅弹几乎不会对枪管造成损害。这些子弹,也被称为火枪弹或“子弹”,将统治至18世纪,直至出现空气动力子弹。

圆锥形子弹

早期的滑膛步枪从枪口填装铅弹。这些铅弹球比枪口的直径还小,所以在射击时,它们会沿着枪筒反弹,直到弹出去。弹跳对精确度没有多大影响。然后,在15世纪,德国枪手发明了膛线 —— 在枪管内壁切割螺旋槽的工艺。这些凹槽会钻入弹丸中,使弹丸旋转,从而使弹丸更真实地飞行。如果弹丸能贴合在枪管中,则膛线效果更好,这意味着铅弹需要一个保护层或补片来增加它们的直径。

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你看到的是子弹历史上的一个重大发展 —— 米尼弹

18世纪50年代,法国军官克劳德·艾蒂安·米尼(Claude-Etienne Minie)实现了一项重大技术突破。以他的名字命名的子弹仍然是铅做的,但它是圆锥形的,而不是球形的。当热气体从黑色火药粉末燃烧膨胀到空心的米尼(Minie)球,它们使软弹弹出并抓住膛线枪管。这意味着这种创新的子弹可以在不减少旋转的情况下制造出比枪膛更小的子弹,而且他们不需要补丁或填充物,这使得子弹更容易加载。

米尼(Minie)球 —— 第一颗圆柱状的子弹,极大地提高了射手的精准度。在第一次广泛使用这些子弹的内战期间,联邦和邦联的步兵可以更频繁、更远地击中目标。

雷汞/打击帽

要使枪支等武器发挥作用,必须要有火花或余烬来点燃底火,而底火又反过来点燃黑火药。历史上,燧发枪和来复枪就是用一块燧石撞击一块锯齿状的钢片来达到这个目的。燧石撞击钢铁产生的火花落入含有底火的凹槽中。 底火快速燃烧,从而点燃黑火药。

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在这幅图中,你可以看到击锤,武器的凸起部分,它会撞到乳头或铁砧上的盖子。

燧发枪的效果很好,但它们有一个缺点:击锤坠落和子弹击发之间的时间延迟。在撞击时爆炸的硝酸钾或其他盐类是否可能是更好的选择呢?不幸的是,这些盐类对冲击、摩擦和火花非常敏感,使得它们太不稳定而不实用。1800年,英国化学家爱德华·霍华德成功分离出雷汞,这是一种相对稳定的化合物。当牧师亚历山大福赛斯混合雷汞与氯酸钾后,研制出一种非常可靠、安全的起爆剂。到了18世纪20年代,这种新的起爆底火成为打击帽的主要成分。打击帽是一种放在砧或奶嘴上的小型铜“礼帽”。当击锤击中盖子时,引燃了雷汞,使火焰进入枪管并开始燃烧黑火药。

硝化纤维/无烟线状火药

黑火药的发明可能是人类最重要的成就之一,但它导致了一个混乱的战场。在一场旷日持久的战斗中,士兵们不停的发射武器,空气中弥漫着浓烟,甚至就连敌人都看不见了。到了18世纪,化学家和发明家正在寻找更好的推进剂。

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美国陆军第1骑兵师骑兵分队在德克萨斯州胡德堡举行了传统的“骑兵冲锋”仪式。

答案来自植物王国,纤维素的形式。这种高分子或长链重复葡萄糖单位,是常见的植物细胞,可以从木浆或短纤维的棉花获取。1846年,瑞士化学家克里斯蒂安·弗里德里希·朔宾(Christian Friedrich Schonbein)把棉花浸在硝酸和硫酸的混合物中,导致纤维素的羟基被硝基取代,结果产生了一种极易燃的物质,称为硝基纤维素或麻棉。不幸的是,它往往在没有任何警告的情况下自行分解和爆炸。后来,在18世纪80年代,法国工程师保罗·维耶尔发现,当硝基纤维素与某些稳定剂混合时,它的挥发性大大降低。这直接导致了出现了一种新型火药,俗称无烟火药,彻底改变了弹药。现在,士兵可以放心的开枪了,而不会消失在一缕浓浓白烟后面。

现代无烟粉末 —— 无烟线状火药 —— 含有硝化纤维素、硝酸甘油和凡士林。在最终形态中,它看起来像石墨色的小颗粒。

底缘底火式弹药筒

19世纪以前,底火、火药和子弹作为独立的部件分别存在。举个例子,要使用一支步枪射击,必须有人往射击锅里倒一点火药,往枪管里再倒一些火药,然后撞击底火起爆。接触引爆剂的外部火花启动了点火顺序。虽然射击者仍然需要撕开纸,把火药粉末分装进锅和枪管里,但纸子弹为射击者提供了预先称量好的一包火药粉末,这也在一定程度上使得射击变得更容易了。

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这四颗旧子弹底部的边缘很容易辨认出来。

18世纪晚期,随着子弹弹药筒的问世,这一切都发生了改变。子弹弹药筒是一个独立的装置,它把引信、推进剂和弹丸装在一个黄铜外壳里。1840年,巴黎枪手路易斯弗洛伯特(LouisFlobert)已经生产过弹药筒,但它们体积小,主要用于室内目标射击练习。丹尼尔威森(以史密斯和威森闻名)看到了弗洛伯特的实验,并在18世纪50年代,发明了第一个黄铜弹药筒,准备用于战场和边远地区。威森的设计在黄铜外壳的边缘填充了少量的雷汞,黑火药填满了弹药筒,一颗子弹安装在上面。

整个装置可以安装在枪支的后膛内,不需要补丁、打击帽或其他单独的部件。枪弹本身在枪口处形成了密封,当武器的击锤击中子弹的边缘时,它点燃了底火,然后火焰通过黑色火药粉末扩散,迫使子弹进入枪管。

中心发火火药筒

虽然底缘发火子弹是革命性的,它们也有一些缺点。最大的问题就是弹药筒本身,它需要一个更薄的外壳,以确保锤击它时会发生变形,以引发底火。但是,更薄的外壳限制了它所能包含的爆炸力。因此,底缘发火子弹只能容纳较少的火药粉末,产生较弱的火力。

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所有这些弹药筒底部较小的圆形插头将它们标识为中心发火弹药筒。

为了克服这些限制,枪支制造商迅速改进了弹药筒,使其能够在一个统一的厚壁结构内装上一个具有冲击敏感底火的打击帽。盖子放在子弹底部的中间,这就是它被称为“中心发火火药”的原因。但是,枪支制造商还必须修改他们的武器,以发射新的子弹,包括撞针和击锤。前者是弹簧锤将能量转移到钝头杆上,钝头杆撞击击帽,后者是弹簧锤直接撞击击帽。在这两种情况下,用一个尖锐的打击帽点燃底火,然后点燃火药粉末并发射子弹。

由于中心发火火药筒能产生更多的能量,所以它们能发射更大的子弹,这也使得它们成为当今火器中最常见的弹药类型。

铜外套

无烟火药的引进给武器制造商带来了挑战。因为,硝化棉基推进剂比黑火药能产生更高的温度和压力,所以它们可以以更大的速度把子弹沿着枪管推动。随着子弹的旅程,柔软的铅弹已经无法抵抗增加的摩擦力,它们的外层被剥离并留在枪管内,造成了污染。

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图中所示弹药上的子弹都是铜质外壳。

当然,解决办法是让子弹有更厚的外壳,或者套上一件夹克。枪支制造商选择了铜或铜锌合金来覆盖他们的手枪子弹;选择用钢或铜镍制成的硬壳来装步枪和机枪子弹。在这两种情况下,子弹的核心仍然含有铅,但穿甲弹除外,穿甲子弹使用的是硬化钢的内部核心。

在军事武器中,子弹拥有全金属外壳(FMJ),这意味着外壳覆盖了整个弹丸。这些子弹有时被称为非膨胀弹,因为它们在穿过目标时能保持其形状。对于士兵和军医来说,这是一件好事,因为FMJ子弹对内部组织和器官的损伤更小。然而,猎杀大型猎物的猎人们却有着截然不同的需求。他们需要一颗能造成巨大内部创伤的子弹,这样他们的猎物就能迅速倒下。所以,他们使用膨胀子弹,一旦遇到阻力,子弹就会迅速射出。这种子弹的外壳只延伸到铅弹的一部分,使子弹尖头暴露在外。当软尖子弹击中目标时,如鹿或熊,子弹头会膨胀和弹出来,从而对猎物的内脏造成更大的伤害。

曳光弹弹药

当一颗子弹从枪管中射出时,它的速度可能在每秒800到1000米之间,速度实在是太快了,肉眼是无法看到的。在黑火药时代,一颗被发射的子弹有时会留下一道烟雾,标志着子弹穿过空气时的路径。但是,随着无烟火药的出现,射击者在子弹到达目标之前是无法获得关于子弹轨迹的反馈信息的。

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夜间射击,从一挺240G中型机枪发射曳光弹

曳光弹弹药,其中包括一个额外的燃烧化合物,通常是磷或镁混合物,在子弹底部。当曳光弹被点燃时,弹筒中的火药既能推动子弹,又能点燃燃烧混合物。当子弹在空中飞行时,它会发出强烈的光和烟雾,帮助射手看到子弹的射程和轨迹。军队经常在机关枪中使用这种弹药,在弹匣或弹带中每隔五发就有一枚包含示踪剂的曳光弹。

今天,示踪剂可以为白天和晚上的应用产生多种颜色。白天可以看到白色的示踪剂,晚上可以看到红色和绿色的示踪剂。

易碎弹药

在引入含铜弹丸的金属弹壳后的一百年里,子弹并没有发生太多的变化。它们工作得非常出色,随着时间的推移变化不大。然后,在19世纪末,执法机构开始组建现代化的人质救援队,任务是在平民人群中逮捕罪犯和恐怖分子。通常,这种相互作用会发生在非常近的地方,子弹可以穿过目标,然后击中无辜的旁观者。与此同时,执法机构还看到在一些情况下,警察被近距离发射的子弹打伤或打死,却是因为硬物造成的跳弹。

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这些所谓的“无赖子弹”可以轻易杀死一只动物,如果射手射偏了,几乎没有伤害附近其他人的可能

这导致了对一种新型子弹的研究,这种子弹仍然具有拦截能力,但当它击中墙壁或其他固体表面时就会破裂。最终,军火制造商发明了一种方法,可以将复合材料的小颗粒压制或粘合在一起。这种被称为“易碎”(frangible)或“软圆”(soft round)的东西一旦形成子弹形状,就不会有铜外壳。这样,如果子弹击中坚硬的物体,这种复合材料就会简单地分解成细小的颗粒。如果它击中坏人,会进入人体,然后分裂,造成严重的伤口,但不会出现穿透的风险。


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