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武器和战争的演变-第31部分
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科学和技术的背景
为了叙述十九世纪初期军事演变与有关技术的发展情形，必须回顾一下冶金学、化学、弹道学和电子学等领域中基础知识的线索。
已如前述，从公元前1400年以来，铁的出现，熔解矿砂为金属的新技术的发展，影响着武器制造。十六世纪中叶，重型军械铸造技术的发展，为以后两个半世纪的火炮制造奠定了基矗十八世纪后期，由于欧洲木材资源短缺，锻铁（亦称碳铁）费用上涨，形成了严重问题。为适应需要，就采用了所谓搅炼工艺，就是用长长的钢棒将反射炉中的金属溶液加以搅拌。炉子用焦炭燃烧，这样，不仅使炉面溶液，而且全炉的溶液都能接触空气，从而使脱炭更加彻底，成为可锻铸铁。
用搅拌法生产的锻铁，质量不如炭铁，但价格便宜得多。1829年又前进了一步，即应用鼓风炉本身余气进行预热鼓风，这种发明使得在消耗同等燃料的情况下，搅炼熟铁产量增加到三倍。
还有一种改进是“湿”搅拌法，即在炉膛铺以含有氧化铁的小块炉渣，它与金属中的碳素相化合，在表层之下产生一氧化碳，形成加速脱炭进程泡沸搅动。1720年英国铁产量为20000吨，1806年上升到250000吨，到1850年英国每年可产250万吨，铸铁和锻铁的产量都有增长。
自古以来，炼钢的方法几乎并无根本性改变，仍然是小规模的个体作坊产品。英国所用的基本材料是优质的和价格相等的瑞典条形铁，结果，钢的费用等于锻铁费用的五倍。
约在十八世纪中叶，古代工艺有了第一次意义重大的改进。本杰明·亨茨曼将特种小型粘土坩埚放置在焦碳燃烧的炉膛内加高温，就有一种特殊的熔剂持续地生产铸钢。这种铸钢不含二氧化硅和其他矿渣，成本略低于以其他方法生产的钢材。但遗憾的是这种产品不能焊接，太硬，不合乎某些用途。不过这种技术终究成了谢菲尔德钢铁企业的基础，在欧洲广为传播，被人仿效。就这样直到十九世纪中叶再无显著改进，加上钢材本身的缺陷，制造重型军械时使用这种钢材继续受到限制。
十九世纪上半叶，普鲁士莱茵兰的克虏伯公司，因制造优质铸钢并在该世纪中叶制造了少量钢质火炮而名噪一时。1851年，在英国大博览会上展出的设计先进的模型极为瞩目，证明是未来发展的先驱。克虏伯钢铁的拉力强度相当于铸钢的四倍，锻钢的二倍。但是火炮专家普遍认为这种钢太脆（1847年首批制造的几门克虏伯炮已经爆裂），所以在废弃更为可靠的铸铁、锻铁、青铜武器方面，意见难以一致，因为恰恰在这时期，火炮的设计制造上在采用传统材料方面开始了一场革命。
通过酸性转炉炼钢法，大批量生产优质钢在费用上与铸铁和锻铁相比不相上下。几乎与此同时，英国西门子兄弟公司发明了一种热再生炼钢法，利用热废气或用劣质煤生产的气体对需进炉的燃料和空气加以预热。以后几年发展的“平炉”法，就是用回热炉熔化混杂有废钢铁的生铁块。以上这些工艺的基本产品是“低碳钢”，比锻铁硬，但比老工艺生产的“泡钢”要软，能作多种用途，如制造钢轨、锅炉钢板、结构钢（造船、建屋、水泥钢筋）以及薄钢板。1856年到1870年之间，钢的价格下降了百分之五十，产量增加了六倍。1863年建造了第一艘钢壳船和第一辆机车。英国从1870年年产钢22万吨，（实际用的全是转炉工艺），到1900年年产钢490万吨，（其中310万吨用的是平炉法）从上述情况就可得到英国钢铁产量上升的概念。美国1900年的钢铁总产量为1000万吨，德国约800万吨。
随后在冶炼钢铁方面意义重大的发展是特殊应用的合金钢。法拉第早在1819年就制造了铬镍钢，但直到1868年穆谢特才开始制造高碳钨锰合金钢，用这种钢材虽没有淬火技术也能制成高强度工具。1877年法国生产了制造装甲钢板和炮弹的铬钢作为商品出售；1882年谢菲尔德公司的罗伯特·哈德菲尔德发明了用淬火法制造锰钢，勒·克罗索特于1888年制成镍钢。所有这些进展都是发源于新冶金科学和对金属结构的研究。1895年威廉·伦琴发现了X射线后，除了其他进步以外，还出现了结晶学，更加改善了对于金属的使用。
与冶炼方面的大规模生产技术相适应，19世纪后期，在精轧工艺上也有改进，锤锻大部分已让位于轧制工艺，根本的改进是使用可逆轧机，将金属锭式薄片放在机器里来回轧制，可大大节省时间。三辊式轧机用第三个轧辊，回转轧制金属，机器无需开倒车。后续轧机具有一系列不同尺寸和功率的轧辊机座。这些方法都是在19世纪60年代出现的，并不断有所改进。
作为现代飞机工业基本材料的铝，是19世纪早期首先从矿砂中以实验方法提炼出来的。这种工艺，费用过于昂贵。1886年，查理·马钉霍尔发明电解法，从熔化铝土（氧化铝）中提炼铝，这种铝土（开采于格陵兰，但后来以合成法生产），是从熔化的冰晶石分解而来。这就以廉价的电力为基础，开创了制造轻金属及其合金的时代。铝和镁合金和其他轻金属在许多制造业领域包括空中运输、电力输送、炊具制造、建筑行业等方面向钢和铜进行了挑战，后者在制造行业中早先占有支配地位。自第二次世界大战以来，铝及其合金能加以浇铸、锻造、挤压、轧制、旋压、锤雹喷镀等，以适应各种用途。
18、19世纪，由于科研兴趣扩大，人们的化学物理知识大为增长，新发明刺激着工业发展，但尚未致力于将新知识用来改进武器。18世纪90年代法国革命政府运用科学保卫国家，重点是改进方法提高生产力，而不是制造较好的具有更大杀伤力的武器。火炮、滑膛枪、火药、弹药与已经用了一些时候的旧品相同或者几乎相似。直到19世纪中叶，科学大踏步前进时，才开始认真应用科学知识解决战场上的问题。
这些发展特别重要，首先是罐头食品的制造及其保藏。早在1795年，法国革命政府觉得解决了食物保藏，就有可能较易于供应和养活一支大为扩编的军队。政府提出谁能想出实际保藏食品的方法便可得奖12000法郎。直到1809年尼古拉斯·阿珀特才得了这笔奖金，他能把专门玻璃容器内灭菌的食品保藏下来（但原因何在，直到1860年通过路易斯·帕斯特的努力才明白）。军人和科学家显然都明白如用金属容器比瓶子更实用，但问题是要发明一种焊接法，既要使罐头密封又要防止食品在储存中被污染。19世纪中叶，这个问题已获解决，但能够大批量生产罐头食品还是19世纪末叶的事。
还有个相关联的领域是制造轻武器的子弹壳。首批完整的子弹壳大约出现于1850年，这是法国、英国和美国同时各自独立研究的结果。全金属弹壳装有加以保护的爆炸复合装置，以武器的撞针撞击发火，这在理论上问题不大，但在实践中还有不少问题。如怎样使金属软硬适度，既得经得住发射药的爆炸，又能被撞针击出凹形，就是一个问题。一旦有了这种软硬适度的金属，又怎样来设计一种机器大批量地冲压弹壳？直到19世纪60年代后期，上述问题才完满解决，关于机关枪的设想才能实现。
第三是战场外科抗菌和无菌操作的出现。帕斯特在18世纪60年代就表明感染和疾病是由细菌所引起。1867年前约瑟夫·洛德·利斯特把这个发现转化为实际的抗菌措施。但把抗菌的一套过程在战时应用于战场外科，又是另一码事。在解决抗菌问题的过程中，合乎逻辑地就联系到无菌法：如消毒品需加包装，以便在使用前不受污染。当然，无菌法是得力于罐头食品制造的成就，罐头里的食品在食用前能一直保持无菌。
新武器
19世纪对于武器最重要的贡献是火帽的发明，使步兵滑膛枪发生明显改变。1798年L·G·布朗哈特里发现银雷汞。次年，E·C·霍华德制造出雷汞，这是首批能通过撞击进行点火的几种炸药。1807年，一个为人和睦，名叫亚历山大·福赛思的苏格兰牧师又继续研究，经过若干年的试验，发明出一种用锤一击即炸的雷汞，炸时火星通过火门，引燃枪管中的发射药。1814年，才开始用这种雷汞制造火帽，火帽的材料先用铁、锡，最后是用铜。后来，火帽就慢慢地成为枪、炮点燃发射药的基本装置。开始时火帽与子弹是分开的，使用者须将火帽安装在武器击锤下方的火门上，后来就和弹壳、弹头合成一体了。
大约直到1860年，发现了级进式燃烧的原理，火药本身才有了真正的改进。将粒状药压缩成密度更大的药粒后，发现火药在枪膛内的燃烧速度和膨胀气体的压力可以延缓。因为压缩的药粒开始点燃时空气接触面小，燃烧初期瞬间产生气体较少，当弹丸沿膛壁前进时继续产生气体，所以初速较大，最高膛压较低。这一发现继续推动着普通黑火药的改进，黑火药仍然是该世纪轻武器的基本发射药。线膛炮的发明也具有重要意义，在既定口径的条件下，线膛炮能够发射较重的炮弹。延长炮身可加大初速。结果在19世纪末，火炮初速几乎达到每秒钟3000英尺，射击距离有了相应的增加。
火药缓燃和无烟火药的发展伴随而来，并且在19世纪后半叶开始应用。使用新无烟火药的好处，除不易暴露炮阵地外，如上所述，因燃烧较慢，形成推力型动力，用于线膛炮，效果最好，因持续的膛压较小，可造较大的火炮。长形弹丸比球形实心弹精度较高，在空气阻力条件下能维持较高初速——射击距离较远时，尤其如此。
该世纪后期，主要通过艾尔弗雷德·诺贝尔的努力，新炸药TNT、三硝基苯（替）甲硝胺、苦味酸、季戊炸药和旋风炸药等的性质及爆炸技术已为人所知。日俄战争（1904…1905）中第一次用了苦味酸炸药，而TNT炸药直到第一次世界大战才成为标准军用炸药。
这里还需提一下化学在军事技术方面的其他应用，那就是整个的化学毒剂、内燃机、火箭和喷气发动机以及20世纪的改良高爆炸药。顺便提一下与此有关的问题，即由于缺少硝石而引起的火药短缺的老问题得到了解决。首先在印度和智利的硝酸盐矿中发现了丰富的硝石资源，后来发明了从空气和炼焦的副产品中提取氮的新工艺。
大家认为，十六世纪的数学家和工程师尼科洛·塔尔塔利亚是弹道学的创始者之一，他曾写了两篇关于炮兵，一篇关于筑城的论文，想根据动力学理论推导出算表来计算火炮距离。但是他缺乏军事经验和火炮的技术知识。他对后人最有用的贡献是发明了射手象限仪，这是测量火炮仰角的仪器。许多塔尔塔利亚学术上的继承者对于他的基本理论写了许多文章，提了很多改进意见，但未能改正他的错误（一些根本性错误），因而益处不大。
在随后的一个世纪里，伽利略把弹道学作为他研究物理和动力学规律的一个方面，进行了全新的革命性探讨。他沉迷于弹道的理论，把研究当时的火炮作为验证他数学理论的最好方法，从研究中他发现了抛物线理论（1638年）。虽然这理论本身并不正确，但确实纠正了塔尔塔利亚理论中大部分根本性错误。然而当时人们却普遍相信塔尔塔利亚的理论，直到1674年出现的伽利略的观点普及之后，他的理论才在18世纪象真理一般被广为接受。
但炮术和火炮设计的技艺和实践仍未受弹道学的影响，教科书上的弹道学理论，不论其科学准确性如何，对当时战争关系很校火器全然不统一，弹丸飘忽不定，无法预测其飞行弹道，进行分析就显得毫无意义。十八世纪的一个英国数学家名叫本杰明·罗宾斯，曾试图进行实验，发现在800米射击距离上，炮弹向左或向右偏离射向约100码，弹丸首次触地的距离变化多至200码。只是在17世纪的战争中，迫击炮使用愈来愈多的情况下，理论和实践似乎才有所联系。但即使如此，从炮兵的观点看，由于当时资料不完善，这些科学家的理论并无用处。
但是，本杰明·罗宾斯确实第一次提出了成功的办法，为炮术研究奠定了科学的基矗他不仅研究以前所有的理论性题目——外弹道学，并且研究了内弹道学（弹丸在火身管内部的运动）和末端弹道学（弹丸在飞行末端的情形）。罗宾斯了解伽利略和牛顿的理论中有许多错误，如忽视了气流的作用等——从而完善了卡西尼1707年发明的弹道摆，成为测量弹丸初速的有效仪器。
到19世纪科学弹道学才获得胜利，那时冶金学和机械学发展到了这样一个阶段：即在武器设计制造方面规�
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