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344944.com:古典弩炮的早期发展

提 要:腹弓发明之后,古希腊人挖掘腹弓机械结构的潜力,通过引入加力机械装置发展出更为强大的弩炮类远程武器。弩炮的尺寸各异,功能亦各不相同。古希腊在大约半个世纪的时间里穷尽了弓体构造的潜力,将弓体类弩炮的发展推向尾声。弓体类弩炮机械架构发展为之后更强大机械武器的出现奠定了基础。

关键词:腹弓;绞车;弩炮;抛石机

DOI: 10.16758/j.cnki.1004-9371.2016.03.004

笔者曾在一篇文章中介绍了古典欧洲远程机械武器的起源。1在远程机械武器发明之后的半个世纪中,古希腊人致力于挖掘这种机械武器的潜力,发展出众多类型的弩炮类武器。本文将立足于古典文献与相关考古学证据,分析从腹弓机械武器向弩炮武器的演进过程。

一、关于远程机械起源的记述及学界争议

前一篇文章因篇幅所限,仅列举了学术界对于远程机械武器起源的主流看法,未具体涉及相关争议。远程机械武器的起源与早期弩炮类武器的发展有着密切的关联,因此这里有必要予以详细介绍和讨论。

古代文献中最早提及远程机械武器者为《旧约圣经》。其中《历代志下》(2 Chronicles, 16.15)记载犹太王乌西雅(Uzziah)的业绩称:

又在耶路撒冷使巧匠做机器,安在城楼和角楼上,用以射箭发石。乌西雅的名声传到远方;因为他得了非常的帮助,甚是强盛。2

关于乌西雅的身份与统治年代尚存争议,一般认为他在位时间为公元前8世纪中前期。不过这段记载的成书时间较晚,约为公元前4世纪后期或公元前3世纪中期,此时正值机械武器的黄金时代,因此现代学者基本不认同《旧约圣经》相关内容的可靠性。1除《历代志下》外,著名的希腊文七十子《旧约圣经》(Septuagint)文本中,《以西结书》(ΙΕΖΕΚΙΗΛ)有两处用到“弩炮”(βελοστ?σει?,对应的拉丁语为ballistae)。2“弩炮”在这里实为误译,希伯来原文的用词为“攻城槌”(karim)。3《以西结书》大约写作于公元前580年,此时攻城槌一类近程机械武器在近东与中东地区早已出现,4身为“巴比伦之囚”的犹太人对此类武器自然知悉。

公元1世纪的老普林尼(Pliny the Elder)在《自然史》(Natural History)中对各类机械武器的发明者有一段记载:

机械远程武器(tormentum)“蝎子炮”(scorpio)由皮塞乌斯(Pisaeus)发明,抛石机(catapulta)由克里特人发明,弩炮(ballista)由叙利亚—腓尼基(Syrophoenicia)人发明……而工程机械“马头”(equus),即现在所称的“羊头”(aries),则是厄皮乌斯(Epius)在特洛伊的发明。5

这段记载颇为混乱,后人对于其资料来源亦莫衷一是。不过仔细分析其文本,可看出普林尼对于机械武器的发展有一个大致的脉络,即它们最先由东方人发明,然后向西传入欧洲。如果涉及近程攻城机械,普林尼的见解大体正确;但如果涉及远程攻城机械,现代学者基本上无人赞同普林尼的观点。主要原因在于没有任何相关的考古证据,而且从文献史料看,希腊人的远程机械武器对于东方民族而言是一种前所未见的新式武器。6

实际上,在最早的远程机械武器,即腹弓(gastraphetes),出现的同时,古希腊人对这类武器的大型化改进即已开始。就在腹弓发明的次年,腹弓的拥有者——叙拉古(Syracuse)僭主狄奥尼修斯(Dionysius)——不仅将腹弓用于野战,7还为攻城战制造了“各种各样的远程机械武器(καταπ?λται παντο?οι)以及巨量的箭矢”。8这里的“各种各样的远程机械武器”多少有所夸大,狄奥尼修斯用于攻城的武器大概是尺寸各异的多种腹弓,其中较大者可能需多人操作。因为体积和重量较大,难以携带,这类武器可能无法像单兵腹弓那样用于野战,仅能用于攻城。这些试验性武器可算是人类制造弩炮的最早尝试。此后经历数十年的发展和改进,弩炮技术方步入成熟之境。9

对于单兵腹弓,古典科技学者希隆(Heron)有非常详尽专业的描述。10但对于随后出现的大型弓体式远程武器,希隆基本没有提及。不过另一位较早的机械工程学者比冬(Biton)提供了非常详细的相关记载。大约在公元前240年,比冬为帕加玛(Pergamon)王阿塔罗斯一世(Attalos I,公元前241年—前197年在位)撰写了一本机械武器制造手册。1比冬的记载表明,古希腊的大型弓体式弩炮在主体结构上确实与希隆笔下的腹弓大同小异,有着明显的传承关系。但比冬的记载也成为现代学者的争议之源。首先,比冬的记载是否基于真实存在过的武器?对此,目前多数现代学者已不再怀疑比冬记载的可靠性。2其次,比冬笔下的弩炮究竟出现于何时?这给现代学者确定古典远程武器的起源带来很大困扰。依照比冬的记载,塔林顿的佐皮鲁斯(Zopyrus of Tarentum)分别为米利都(Miletus)与库麦(Cumae)3设计制造了两种发射箭矢的大型机械武器——“中型腹弓”(γαστραφ?τη?)与“山地腹弓”(?ρεινοβ?τη? γαστραφ?τη?)。4这两种武器显然由更早的“腹弓”,即单兵腹弓发展而来,出现的时间自然应晚于单兵腹弓。著名古代技术史学者狄尔斯(H. Diels)认为,比冬所说的佐皮鲁斯即公元前4世纪中期的毕达哥拉斯派学者佐皮鲁斯,他的武器设计脱胎于毕达哥拉斯派学者的机械数学成果,其中最重要者为同乡阿尔基塔斯(Archytas of Tarentum)。5但另有一种观点认为,比冬文本中的武器设计师佐皮鲁斯是位更早的人物。库麦之所以制造机械武器,是出于抵御塞贝里(Sabellian)6

诸部落进犯的战术需要。公元前421年,属于塞贝里族的意大利强族萨摩奈人(Samnites)洗劫了库麦,7佐皮鲁斯设计的新式武器应该在此前不久投入使用。而佐皮鲁斯为米利都设计制造机械武器,则应该早于公元前401年波斯人重新占领米利都。8如果这推测成立,则单兵腹弓的出现必定更早一些,可能在公元前5世纪中期,这结论与普遍认可的腹弓发明时间相矛盾,9不过这种说法亦不乏支持者。10笔者不打算参与相关争论,为稳妥起见,笔者将以较晚的说法,即狄尔斯的观点为准。如此则大型腹弓的出现时间可确定为公元前350年以前,11这与学术界有关腹弓出现时间的主流意见(公元前400前后)较为吻合。12

比冬的论文所涉及的机械武器主要有6种,除两种大型建筑类近程攻城机械之外,其余4种皆为弓体式远程武器,亦即弩炮。其中两种为发射箭矢的弩炮,另两种为发射石弹的弩炮。13这6种武器之中,唯一能够确定发明时间的是马其顿工程师波塞冬尼乌斯(Poseidonius)为亚历山大大帝设计建造的巨型攻城塔“陷城者”(Helepolis),14出现时间为公元前330年左右。15其余5种武器的具体出现时间已不可考。4种弩炮依照能量由小到大依次为山地腹弓、中型腹弓、“卡戎”(Charon)抛石机和“伊西多鲁斯”(Isidorus)抛石机。不能认为能量越大的机械发明的时间越晚,这4种武器的结构与能量差异主要是出于不同的战术需要。根据学术界的主流观点,它们出现的时间可大致限定在公元前4世纪中前期。1因此,在腹弓出现后不久,古希腊人就尽可能发掘腹弓的机械结构潜力,设计制造出种类繁多且威力远胜于单兵腹弓的远程机械武器。

二、绞车机械的引入

在弩炮发展的早期阶段,首先面临的技术瓶颈在于开弓拉力的局限。弩炮与单兵腹弓最明显的差别在于尺寸、力量以及发射物质量。通过受力转向机械利用人体的腰力以及操作者自身的重量,腹弓固然可获得远高于臂力弓的开弓拉力和拉弓距离,2但人体的力量和拉距潜力毕竟有限。弩炮要获得更大的拉力和拉距以发射威力更强的矢石,就必须借助于其他机制。古希腊人的解决之道是结合了杠杆与轮轴原理的机械绞车(winch)。

杠杆的使用非常古老,古希腊人对其机械原理非常熟悉,早已将其广泛使用于在各类机械中。3

轮轴同样是一种古老机械,陶轮与车轮皆是利用转轴原理,古希腊人对此也早已知晓。4古希腊人的贡献在于将这两种机械结合为绞车,从而使人可以在有限空间内以极小力量产生极大的拉力和拉距。希罗多德对于绞车的使用已有所记载,5其后绞车成为希腊人广泛使用的机械装置。6

前文谈到希隆没有记载腹弓之后出现的大型弓体式远程武器,但对这类武器希隆显然很了解。希隆之所以有意忽略它们,可能是因为其机械工程学背景,他仅对创新性的机械构造有兴趣。各类大型弓体式弩炮皆是以腹弓的机械架构为基础发展而来。较之腹弓,它们在机械工程学方面少有本质性突破,只不过尺寸和能量更巨大而已。因此希隆觉得此类武器在工程技术史上乏善可陈,故而不愿为此浪费笔墨。不过,对于机械绞车这一关键性技术元素的加入,希隆并未忽略,他在论著中用了相当篇幅介绍弩炮的绞车技术。

希隆首先从技术发展史角度分析了绞车用于机械武器的原因,即对力量的需求超越了人体的极限:

由于弓臂变得如此强硬,要将它们向后拉开所需的力量自然也随之增大,结果向后拉动(的装置)必须拥有巨大力量。因此,前述所谓的“倚靠下压”机械设计便被摒弃。7

这里所说的“倚靠下压”开弓方式,笔者在前一篇论文中已有详细说明,8这里不再赘述。

随后希隆介绍了绞车的位置与机械原理:

他们(工程师)在“管子”的尾部添加了一套可自由转动的水平方向轮轴,他们通过装在侧面的长条手柄转动轮轴,当轮轴转动时,“滑块”以及弓弦便被向后拉。“滑块”尾部靠近“隆块”之处固定有绳索并将其连接在上述轮轴上,当(轮轴转动)绳索卷起时,弓即被拉开。1

古典弩炮的基本结构与最早的单兵腹弓大致相同,相关技术词汇也一样。这段文字所涉及的古希腊机械工程学术语,笔者在研究腹弓时已有逐词的考证,2这里仅作简要说明:“管子”(σ?ριγξ)即弩机的基座;“滑块”(δι?στρα)即弩机的滑动模块,位于基座上方,两者通过榫槽结构咬合,在希隆记述中,“δ?ωστρα”有时也表示“发射装置”;“隆块”(χελ?νιον)即“龟壳”,为滑动模块后部整个扳机系统的基座。由这些记载看,大型弩机的基本结构与单兵腹弓并无大异,其与单兵腹弓最根本的差异在于开弓拉力的来源。单兵腹弓的开弓方式,即希隆所称的“倚靠下压”(καταγωγ?δο?),是利用机械将人体的推力和重力转向为拉力;而大型弩机开弓则是通过转动杠杆轮轴卷动绳索提供拉力。

结合希隆的论文并参考其他古代文献可知:古希腊绞车(?ν?σκο?)的基本结构为轮轴(?ξων或?νο?),轮轴两端的轴盘,还有固定于轴盘上的杠杆手柄(σκυτ?λων),即希隆所言“装在侧面的长条手柄”。由于轮轴是绞车最重要的部件,因此古希腊语中“轮轴”一词往往用来指代绞车,希隆的论文亦是如此。笔者的译文将据原文的涵义加以区分。绞车的机械原理为通过杠杆原理放大人力,并利用轮轴原理将直线拉距转化为缠绕长度。通过绞车机械,人们能够在不移动自身位置的前提下产生远大于臂力的牵引力和几乎无限的拉动距离。杠杆手柄能够轻而易举将人力放大数十倍,加之绞车能提供更长的拉距,因此大型弩机的蓄能远高于单兵弩弓。除单手柄绞车,其他古希腊文献中还屡屡提到双轮绞车(διτροχ?α),3即轮轴两端各装有一套轴盘和手柄。这种绞车由双人操作,能获得加倍的拉力。因此古希腊人利用绞车可获得极大的拉力和拉距,能够满足大中型机械武器的能量需求。

另有一点值得注意,即希隆本段引文中所用的“绳索”一词为复数(?πλ?),而在其他地方,希隆有时会用单数(?πλον)。4在远程机械武器中,连接滑动模块与绞盘的绳索数量取决于加力机械的复杂程度。如果仅有绞盘机械,则使用两根绳索以增强牵引的稳定性与机械系统的可靠性;如果还有其他加力和牵引装置,5则一般使用单根绳索,为其他机械留出空间。插图1为古希腊常见的几种绞车结构,根据实际需要,绞盘手柄与绳索的数量有所不同(此图为笔者自绘)。

既然有了绞车,为了便于弩炮手站立操作绞车并瞄准射击,则支架也成为弩炮的必备部件。希隆写道:

整套机械武器必须高出地面,放置于基架上。这样更便于后拉操作,而且(在支架上,)武器还必

须能转向射手所选定的任意方向。当武器被抬到如此高度,要安装箭矢和瞄准目标发射箭矢(就比较方便)。瞄准目标时,我们应该顺着基座的纵线直直地注视目标。1

这里所说的支架高度和瞄准方法显然仅是针对发射箭矢的平射类弩炮而言,发射石弹的抛射类弩炮会有所不同。

三、常用弓体弩炮类型及特征

弩炮发展的第一阶段在于尽可能挖掘复合弓体的蓄能优势。2对于在腹弓结构基础上发展出的弓体机械(advanced bow-machines),比冬的论文提供了最详尽的介绍。因此,笔者在比冬记载的基础上,复原和分析第一代弩炮的技术特征。比冬固然是一位优秀的工程学者,但其学术水平较之希隆不免逊色。而且比冬的写作目的在于为帕加玛武器工匠们提供一本制造手册,因此他并不像希隆那样关注工程技术分析;加之比冬的手册中有大量的示意图片,图中已有的内容书中的正文介绍部分往往忽略,因而比冬的文风略显凌乱。这些图片的详细原稿已经遗失,后世留存的比冬著作所带插图多为简图,例如插图2为一份公元11—12世纪手稿中的“佐皮鲁斯腹弓”。3另一方面,同样是因为实际制作手册的需要,比冬在著作中留下了大量弩炮零部件的精确数据,这对后世研究者而言是极其宝贵的资料,它们成为现代工程师复制古代弩炮的主要参考依据。比冬著作的这一优点是希隆论文所不具备的。为了便于读者理解和比较,笔者在分析过程中会尽可能将这些数据换算为现代公制。4

比冬在开篇阐明了写作目的——为国王撰写机械制造手册,并强调机械的尺寸与比例至关重要,因此将尽可能详细记录相关数据。5在正文记述中,比冬还多次提醒读者注意书中所提供的数据。6因为这些数据是过去一个多世纪里工程师与工匠们技术与经验的结晶。随后比冬谈到这些机械的结构皆以木材为主,选用的木料应尽可能坚硬,尤以岑木(μελε?νον ξ?λον)为最佳。7

1. 山地腹弓:比冬笔下的4种弩炮中,结构上与最初的单兵腹弓最相近,且尺寸与势能最小者为“山地腹弓”。顾名思义,山地腹弓是一种适用于崎岖地形作战的武器,较为轻便,体积较小。比冬对该武器的记载篇幅也最少:

(1)底座Α的长度为5尺,宽度为3?尺,高度为1尺。其上有大小两个支架。小支架Ι高3尺,大支架Θ高5尺。(2)顶部有木梁Μ,长5尺,高1尺,宽3尺,中空,与标准的腹弓部件无异。木梁在各个方向都具有良好的平衡性,从Μ的前端向后4尺有装支架的位置。(腹弓的)弓体插入孔中。弓体长7尺,周长9指尺。其上装有弓弦,周长3指尺。(3)从前端向后3尺处下方,支架Θ之上,有一杯型支架,用以支撑弓体的弯曲部分。再后面竖起一根支柱,长3?尺,作为主轴……(支撑)其上所有设备的重量,该支柱为Φ。其后2尺有一木梁长4尺,宽4指尺,高1尺。(4)在后部面对较小支架Ι之处,装有基座,跟其他远程机械一样,基座上有带轮盘的轮轴。基座中有木梁Τ,上下部都连接有绳索,如图所示……(笔者按:原文在此有缺损。)如此则发射的箭矢威力更大,射程也更远。1

这段文字共涉及了4个方面的内容,为方便起见,笔者在引文中为这4部分加了编号。第一与第三部分说明弩炮的各支架部件。比冬文中所称的“支架”在希腊语原文中有3种表述——“κιλλ?βα?”、“?γκ?ν”与“κατακλε??”。其中“κιλλ?βα?”主要指三角架一类的支架,使用较多;“?γκ?ν”可能是有转轴功能的部件,仅用于支架顶部的“杯型支架”(?γκ?ν κρατ?ρ);“κατακλε??”同样也是仅用于类似杯型支架的转轴部件。“杯型支架”即圆形轴座,其上的支柱(στ?λο?)Φ即旋转主轴(τ?ξι?)。由于缺乏详细图解,现代学者对于这段记载的解读各不相同,比如两位研究古代弩炮的最重要学者施拉曼(E. Schramm)与马尔斯登(E. W. Marsden)的看法就完全不同。2笔者不准备详细分析这两部分记载,只引用文中数据说明一下支架的大致尺寸,以便与其他型号的弩炮比对:支架长1.54米(5尺),宽1.08米(3?尺),高1.23米(1尺+约3尺)。

第二部分说明弩炮主体的结构与尺寸。木梁(καν?ν)Μ亦即比冬在别处所称的“中空木梁”(καν?ν κο?λο?),实为机械弓弩的通用部件基座(“管子”)。3弓体(τ?ξον)的“弯曲部分”(κορων??)指弓臂根部的弓座固定位置。关于弓体“周长”(περ?μετρον)的具体定义,比冬在别处有说明,指的是“截面周长”(π?χου? περ?μετρον),4这里应该是指弓臂最粗部分(根部)的截面周长。另外在弩炮主体重心部位附近的下侧钻有孔洞,支架的旋转主轴插入孔洞,腹弓由此能够牢牢固定于支架上,并可以自由旋转瞄准。关于孔洞的位置,原文中“从Μ的前端向后4尺(1.23米)”显然大大偏离了重心位置。对此有两种解释:其一,原文有误,应为“从Μ的后端向前4尺”;其二,这里的“前端”是指未开弓状态下由基座Μ中伸出的滑动模块(木梁Τ)的前端。5

弩炮主体的基本尺寸值得特别关注:基座长1.54米(5尺),高0.3米(1尺),宽0.92米(3尺)。弓体长2.16米(7尺),弓臂最粗部分的截面周长17.4厘米(9指尺),弓弦的周长为6厘米(3指尺)。如此弓体的尺寸与势能显然远远高于史上任何一种臂张弓弩。6由这些基本数据看,尽管属于轻型弩炮,“山地腹弓”的威力和射程还是远远高于单兵腹弓。

现代学者在复制山地腹弓的基础上得出结论,认为:这段记载中关于弓弦的数据(周长6厘米)可能过大。7不过笔者认为比冬对于弓弦的记载很可能是正确的。比冬行文的特点之一是用词精确,除了表明部件的用途,还会说明其材质。例如“弓弦”一词,希隆一般用最通行的“弓弦”(τοξ?τι?),比冬则用另一词汇“νευρ?”。比冬的用词源自“筋腱”(νε?ρον)一词,可能暗指这种弩炮的弦是以动物筋腱编制而成,因此比较粗大。若果真如此,则这种弹性粗弓弦所起的作用不仅仅是传递弓臂的势能,它本身亦能够存储一定的弹性势能。采用这种弓弦能够在不增加弓体尺寸的前提下增大总体势能,自然也就增大了弩炮的威力。

第三部分介绍弩炮的其他部件,主要为绞车开弓组件。比冬在著作中多次使用“跟其他远程机械一样”之类的表述。1由此推知,当时的弩炮机械的制造已经比较程式化,加之原著有图样辅助,所

以这部分内容较简略。不过对照其他文献,例如希隆的论文,2我们可以清晰了解这段记载。“木梁Τ”即腹弓机械中的“滑块”或称滑动模块。绞车的轮轴(?ξων)一词的用法与希隆的记载相同,轮盘(τροχ?ασμα)即杠杆手柄的轴盘。对于绞车所用的绳索,希隆使用通用的词汇(?πλον),比冬的用词则一如其精确性,为“λ?νεα”,该词源自“亚麻”(λ?νεο?)一词,表明了绳索的质地。

插图3为山地腹弓的平面结构图。3总体而言,除了尺寸更大并添加了绞车与支架,山地腹弓与最早的单兵腹弓在机械结构上无大异。

2.中型腹弓:“中型腹弓”是比“山地腹弓”更大型的弩炮,“中型腹弓”一词实为后人的译称,该武器在原文的名称就是“腹弓”。这表明此时“腹弓”的概念已有所变化,早期的单兵腹弓大概已很少见,这种中型弩炮成为最常用的远程机械。4比冬对该武器记载如下:

(1)底座Α的长度为9尺,宽度为3尺,高度为1尺。底座上有一个紧凑的支架,高5尺。(2)再上面,跟通常型号的远程武器一样,是一中空木梁Θ,长7尺。支架有3足。(3)然后,在木梁Α的中部的Δ处有一垂直立柱Ε,长2尺,宽度与厚度皆为1尺。然后在前部,中空的木梁中有一个1掌尺的支架,支架很强固,足以固定适合弓体。固定弓体的插孔为Ζ,(4)弓体为Ψ,弓体总长9尺,截面周长15指尺。弓体上装有弓弦,周长4指尺。弓体拥有(一对)平衡极好的弹力发条部件。然后钻两个与滑动块平行的孔洞,箭矢通过孔洞发射出去。(5)箭矢长6尺,截面周长6指尺。(6)然后,向后不到2尺,在用于安放箭矢的木板Θ上装一木梁Μ,横架于中空木梁上,与水平线平行,通过它推动挂在钩子上的弓弦。两个钩子分别装在弓体的两端,通过它们将弓向后拉。弓弦与它们相连,木梁Μ会将它们推向前。其他绳索从木梁Ν缠绕连接至双轮绞车。下面介绍双轮绞车:在Φ处的支架旁边安装一轮轴,在其上固定两个绞盘。以绳索缠绕穿过该装置。其设计构造如下图所示。5

这段文字共涉及6个方面的内容,笔者同样在引文中加了相应编号。第一与第三部分介绍支架。这里的“1掌尺(7.7厘米)的支架(κατακλε??)”即前文所分析用于固定弓体的“杯型支架”,“1掌尺”是指的支架高度。弓体所插入固定的“插孔Ζ”不仅穿过该支架,应该还穿入立柱Ε。“立柱(κ?ων)Ε”的功能与前面山地腹弓的“支柱Φ”虽然用词不同,但作用大体一样。由于“中型腹弓”更大更重,主要承重者立柱Ε显然更为粗壮,其截面为边长30.8厘米(1尺)的正方形。根据文中的数据,支架的

尺寸大略为:长2.78米(9尺),宽0.93米(3尺),高1.23米(1尺+约3尺)。由这些数据可知,“中型腹弓”显然是比山地腹弓更大型的弩炮,其支架的长度比山地腹弓大了将近一倍。

第二与第四部分介绍弩炮主体。基座(中空木梁Θ)长2.16米(7尺),弓体长2.78米(9尺),弓臂最粗部分的截面周长29.0厘米(15指尺),弓弦的截面周长为7.7厘米(4指尺)。由这些数据大体推测:“中型腹弓”弓体的体积和重量约为山地腹弓的两倍,其势能大概也是山地腹弓的两倍。由于弓弦推送箭矢的速度是有限的,山地腹弓发射的箭矢可能已达到速度的上限,再增大势能并不能相应增加箭矢的初速。因此比冬强调“中型腹弓”拥有两个平行的箭孔,即发射并列的双箭矢,如此则中型腹弓一次发射的效果相当于两台山地腹弓同时发射,这是有效利用中型腹弓巨大势能的可行之法。这里“一对平衡极好的弹力发条部件(τ?νο?)”指两条弓臂,由于力量巨大而且发射的是双箭,因而对弓体力量对称性要求很高,需要高超的工匠技艺,因此比冬特别加以强调。1

第五部分介绍“中型腹弓”专用的箭矢。箭矢长1.85米(6尺),截面周长11.6厘米(6指尺),即直径3.7厘米。如此巨大的箭矢,想必威力非常惊人。

第六部分介绍基座以外的主要机械模块。“木梁Μ”恐怕是这段记载中争议最大的部分,由于它“横架于中空木梁(即弩炮的基座)上”,如此突兀横置的组件显得非常怪异。较为合理的解释是:木梁Μ的功能跟中型腹弓发射并排双箭的特点有关。木梁Μ很可能是一个并不大的木块,位于弓弦中央,抵住两支箭矢尾部。这样弓弦能够较为均匀地同时推动两支箭矢,将弓体的势能平分给双箭。2

“木梁Ν”即滑动模块,后端通过绳索连接绞车。这里强调用于拉弦的“两个”钩子(κ?ρακε?,单数为κ?ραξ),是因为如前所述,发射的箭矢有两支。比冬在这里特意说明中型腹弓所用的绞车种类为“双轮绞车”,因为这种弩炮拉力太大,只有双轮绞车方可胜任开弓。据推测,这种双轮绞车装有两根亚麻质绳索。3插图4即为中型腹弓的平面结构图。4

3.“卡戎”抛石机:就威力和势能而言,上述“中型腹弓”已经达到箭矢类弩炮的顶点。另一类型的弩炮——抛石机的特点则有所不同。此类弩炮以抛射为主,一般无需平射,因而对发射初速和射击精度的要求低于箭矢类弩炮。另一方面,抛石类弩炮的主要攻击目标为城墙等建筑物,需要很大的冲量,因而石弹的质量越大越好。质言之,抛石类弩炮所需的势能远远大于箭矢类弩炮。这类抛石机的结构和功能都与发射箭矢的弩炮有别,比冬称其为“抛石器”(πετρ?βολο?或λιθ?βολο?),强调其不属于箭矢类武器。

已知第一种成熟的抛石类弩炮为“卡戎”抛石机。“卡戎”抛石机是马格尼西亚的卡戎(Charon of Magnesia)为罗德岛(Rhodes)设计的重型远程武器。5比冬对其记载如下:

它具有两根直梁ΑΒ,长9尺,宽高各半尺。另有两根平行的木梁ΓΓ,长3?尺,宽1尺,固定于头两根木梁(即ΑΒ)上。木板的末端沿着纵向以最少2尺长的铁或青铜包裹,以避免木板承受强力后断裂。然后在木梁ΓΓ上固定铁锯齿,锯齿深度不少于2指尺,同时锯齿长条板的厚度和宽度也应适中。另有两根木梁ΔΕ,与前面木梁ΓΓ类似,厚度亦相同。这两根木梁不是固定的,而是在(两条)小型轨道上滑行,这样在实际操作过程中,它们能够前后滑动。这两根木梁上也有锯齿,而且锯齿在厚度、外形与大小上皆与前面木梁(指ΓΓ)上的锯齿相吻合。这些木梁平行安装,这样当机器向后拉张弦时,木梁(ΔΕ)上的锯齿能落下(与ΓΓ上的锯齿)相互咬合,上部的木梁(ΔΕ)与下部的木板(ΓΓ)就能

形成紧密结合。因为木板(ΓΓ)能够均匀地相互依靠,轨道之间的空间大小正好与木梁(ΔΕ)的前端至后端的尺寸相同。上部的木梁Δ上装有投石器,两侧距离木梁ΑΒ各半尺。投石器由毛发制成,周长为10指尺,足以承受装载石弹的拉力。然后投石器的一角,在投石弦中编入一支铁环。随后在距离Α1?尺处固定弓体,弓体向木梁Γ方向弯曲。如果想发射石弹,就通过与耳轴ΚΘ连为一体的横梁ΖΗ来拉弦。木梁Γ尾部以铁箍加固,从而确保能承受发射的冲击力。整个设计如下图所示。1

引文中的“木梁”与“木板”在原文中为同一词(καν?ν),为了便于理解,在需要强调其宽大时译为“木板”。这段文字的构成与前面对“山地腹弓”和“中型腹弓”的描述完全不同,未用任何笔墨介绍弩炮的支架,全部内容皆是关于发射装置的构造。这是因为这类抛石弩炮使用当时通行的支架,比冬觉得没有必要再专门说明。对于这种通用型弩炮支架,希隆曾有过介绍。2由于抛石机械的势能和力量一般超过箭矢类机械,这种通用支架一定比前文介绍的两种腹弓支架大得多,也坚固沉重得多。

“卡戎”抛石机的构造方式与发射箭矢的弩炮有很大区别。前面介绍的两种箭矢类弩炮一般都以单块木料加工成单一组件,但抛石机的很多单一组件是由多块木料和金属拼接固定而成。这显然是因为抛石机尺寸太大,获得合适的单块木料有困难,另外也因为抛石机冲量太大,单一的木质部件难以承受发射时的震动和反冲力。比如“卡戎”抛石机的基座由4块木料与至少4块金属板组成:木梁(木梁Α和Β)前后拼接,两侧各贴有一块木板(木梁ΓΓ)加固,每块木板的两端以及木梁ΓΓ的整个尾部再包裹铁板或青铜板,从而确保整个部件能承受巨力。此外,“卡戎”抛石机的滑动模块由两块木料(木梁Δ和Ε)上下拼接而成,其中上部的木梁(Δ)较宽,承担发射槽功能,下部木梁较窄,是与基座(木梁Α)咬合滑动的部分。

“卡戎”抛石机的止动机械亦比较独特,并非腹弓类武器常用的“止动棘齿—止动楔”组合,3而是“止动棘齿—止动棘齿”组合,即通过上下两组棘齿相互咬合阻止滑动模块向前滑动。由比冬的记载看,两组上锯齿板安装在木梁Δ两侧,两组下锯齿板则分别安装在基座两侧的两块木板ΓΓ上。“铁锯齿”(?δ?ντο? πρι?νων σ?δηρο?)的深度不得少于3.9厘米(2指尺)。开弓时,滑动模块往后每移动一级棘齿的距离自动就会落下,两侧的锯齿板与基座上的锯齿板紧密咬合。由于众多棘齿的总体受力面积很大,这种止动机械能够承受的力量自然比箭矢类弩炮采用的止动楔式止动机械要大得多,但由于这种止动方式会使滑动模块有较大幅度的上下移动,射击精度不免会受到影响。好在抛石类弩炮对精度的要求低于箭矢类弩炮,综合而言这种止动机械可谓抛石类弩炮的理想止动装置。

这里“投石器”(σφενδ?νη)一词的具体含义引起很大争议。引文称其周长为19.3厘米(10指尺),即直径约6.2厘米,很可能是一根很粗的绳索,因此这里的“投石器”大概是指弓弦。但比冬提到弓弦时往往用另一专用名词(λ?νεο?,专指亚麻质地的绳索),而这里使用的材料却是并不适于制作弓弦的“毛发”(τρ?χινο?),因此有学者认为“投石器”很可能是指某种毛发类(例如马鬃)编织的碗状容器,用于盛放发射的石弹,这种装弹器在后世的抛石机中很常见。1若果真如此,则这里的“周长”实为半球形容器的半圆周长,那么我们可大致推算出:装弹器直径约为12.3厘米,发射的圆形玄武岩或花岗岩石弹重约2.6千克。如此重量已远超过所有的箭矢。另外与“投石器”相连的铁环有何种功用至今尚无定论,2笔者推测这可能是拉弓用的挂环。

此外,文中的“耳轴(στημ?τιον)ΚΘ”即绞车的滚轴。“小型轨道”(σωληνιδ?ο?)即滑动模块上专门刻出的引弹槽,用于提高射击精度。

关于“卡戎”抛石机弓体的尺寸,比冬未有提及,仅给出某些部件的尺寸。例如基座的大小为:长2.78米(9尺),宽0.46米(?尺+1尺)。现代学者根据这些部件尺寸以及比冬的其他记载,还有复制的记录推测:“卡戎”抛石机的弓体尺寸略大于中型腹弓。具体尺寸约为:弓体长2.8米,弓臂最粗部分的截面周长29厘米,弓弦的截面周长为9.7厘米,与中型腹弓的弓体尺寸大同小异。3

由比冬的记载看,尽管弓体大小与中型腹弓相似,但由于石弹的质量远大于箭矢,发射所产生的反向冲量必然也远大于箭矢。因此“卡戎”抛石机的支架与基座滑块等纵向部件要比箭矢类弩炮更宽大更坚固,并有大量金属板包裹加固。插图5为“卡戎”抛石机的平面结构图。4

4.“伊西多鲁斯”抛石机:“伊西多鲁斯”抛石机是由阿拜多斯的伊西多鲁斯(Isidorus of Abydos)为帖撒罗尼迦(Thessalonica)——即今希腊北部萨罗尼加(Salonika)港——设计的重型远程武器。5比冬对其记载如下:

该武器遵循基本的(远程机械)设计思想。一根截面为正方形的木梁,长15尺,宽度与厚度皆为2尺。该木梁各面皆加工平整,前后两端以铁包裹,包裹深度为2尺。该木梁编号为Α。之后从包铁的一端开始,固定另一根木梁Κ,长12尺宽1尺;另一端同样从包铁部分开始,固定木梁Λ,尺寸与木梁Κ相同。穿过木梁ΚΛ固定一个铁制滚轴,滚轴的直径为?尺。木梁ΚΛ有铁箍ΔΕ加固。之后在木梁Α对面距离Κ1尺处安装有另一直梁Μ,(尺寸)与Κ和Λ相同。还有另一与Λ距离等同于ΛΜ间长度的木梁,该木梁编号为Ν。另一个铁滚轴穿过它们(指Μ和Ν),其尺寸跟前述的滚轴一样,以同样方式固定。之后以一条铁箍Τ环绕木梁Μ的中部的铁箍Δ,距离下部的滚轴1尺。用同样的方法,在距离下部的滚轴1尺处通过木梁Ν的中部插入安装另一条铁箍。两条铁箍皆以铁板固定。当拉绳(即弓弦)向后拉时,为了使拉绳静止(不反弹),木梁Ν和Μ上安装了铁齿,铁齿要尽可能坚固不能有丝毫松动,这样才能承受所有的拉力,它们的尾部为两个斜面。之后沿着Α安装另一木梁Ξ抵靠住木梁ΜΝ,木梁Ξ可沿着Α滑动,并以厚铁包裹。木梁Α有一段突出在外未被Μ和Ν遮蔽的部分,弓体Π就穿过这段木梁固定于其上。拉绳的拉钩上还装有其他小钩,通过这些小钩将绳索沿着装有滚轴的轨道向后拉。投石器Ψ在木梁ΜΝ上,由毛发制成,必须足够强固,能承发射石弹的力量。整个设计如下图所示。1

由这段记载看,较之前文介绍的几种弩炮,“伊西多鲁斯”抛石机可谓庞然巨物,其结构也更坚固。“伊西多鲁斯”抛石机的基座结构非常复杂,其主体为一块包有铁板的巨大木料(木梁Α),另有4块长度相同,同样包有铁板的木梁(ΚΛΜΝ)构成基座的外围,这总共5块包铁的巨大木料又通过中部两条厚重的铁箍(Τ与“另一铁箍”)连接加固,两条铁箍再通过铁板连接固定。插图6为“伊西多鲁斯”抛石机的侧面结构图,2由图中可看出基座结构的复杂与坚固程度。仅基座的尺寸就非常惊人:长4.63米(15尺),宽1.23米(2尺+1尺+1尺),高度(厚度)约为0.92米(3尺)。其体积和重量为前几种弩炮基座的5倍以上。“伊西多鲁斯”抛石机的滑动模块(木梁Ξ)巨大,由记载推测宽度为0.62米(2尺),长度约为3米,为了能承受巨大冲量还以加厚的铁板包裹。这里的“铁齿”(κ?ραξ σ?δηρο?)即前文讨论过的“铁锯齿”,其尺寸应该大于“卡戎”抛石机的同类组件。

关于“伊西多鲁斯”抛石机的弓体尺寸,比冬同样没有记载,但可以合理推测:这种弩炮的弓体大于“卡戎”抛石机,发射的石弹也更大。“伊西多鲁斯”抛石机究竟能发射多大重量的石弹,对此尚存争议,一般认为石弹重量在15至20千克之间,弩炮的最大射程可达380米左右。3插图7为“伊西多鲁斯”抛石机的平面结构图。4

“伊西多鲁斯”抛石机的绞车滚轴(κ?χλια?)直径为10.2厘米(?尺),常用的木材无法胜任其巨大拉力,因此比冬强调其为铁制。绞盘的“拉绳”这里是用复数(λινε?ν),据推测应该是两根牵引绳。“伊西多鲁斯”抛石机不同于前述诸弩炮的最独特之处在于双滚轴结构,即装有两部绞车,一个在上侧靠后,一个在下侧居中。上部绞车的功用与其他弩炮的绞车无异,为拉弦装置,可以肯定是双轮绞车。至于下部绞车功能为何,尚存一些争议。现代学者通过复制得出的较合理解释为:下部绞车的作用在于完成发射后将滑动模块拉向前复位。1这部分机械的大体结构为:滑动模块下侧固定有一根或两根绳索,绳索向前穿过基座与滑动模块间下侧的空隙,通过装在基座前的两组滑轮转向,再向后与下部滑轮连接。这样当发射完成后,弩炮的操作者可以通过转动下部绞车将滑动模块拉向前,以便再次拉弓发射。

“伊西多鲁斯”抛石机的复位机械装置结构见插图6。其中上滚轴即上部绞车的滚轴,下滚轴即下部绞车的滚轴。“伊西多鲁斯”抛石机之所以增加一套复位滑动模块的专用机械装置,是因为这种弩炮的体积和重量都极大,滑动部件之间的摩擦力必然也会很大,已超出了普通人力的限度,加之基座与滑动模块皆很宽,直接以人臂推动滑动模块很困难。“伊西多鲁斯”抛石机大概是古希腊人以机械方式复位滑动模块的首次尝试。随着之后弩炮的日益大型化,这种将滑动模块复位机械将发展出更成熟更精巧的形式,笔者将会专门介绍。

总体而言,“伊西多鲁斯”抛石机代表了弓体式弩炮机械的最高水平,其大型化程度已达到复合弓体结构的极限。

四、发展与综述

腹弓发明之后的半个世纪中,希腊人的弩炮技术有了突飞猛进的发展。这类弩炮在机械结构上以最早的腹弓为基础,皆为弓体结构并采用发射槽与弓座分离的滑动开弓方式,不过弩炮的尺寸和力量远高于单兵腹弓,需要利用杠杆原理的绞车方能拉弓。比冬所记载的4种弩炮在体积和势能上大小不一,发射物既有箭矢亦有石弹,大体上涵盖了这一时期希腊弩炮的主要类型。

如前文所言,弩炮最早出现在地中海西部地区。之后弩炮很快就成为西西里和意大利各希腊城邦的常用军事装备,最早品尝到弩炮威力的迦太基人与其他腓尼基城邦亦很快模仿制造此类武器。2弩炮技术在希腊世界传播很快。有不少铭文证据显示,公元前4世纪上半叶,雅典军队曾大量装备弩炮用于城防,弩炮的操作人员需经过严格的专业训练。1不仅雅典,几乎所有希腊重要城邦,例如斯巴达与罗得岛等,皆装备和使用弩炮。2弩炮的出现和广泛使用改变了希腊世界的战争面貌,特别是攻城守城的作战方式在这一时期内有了极大变化。公元前4世纪中前期开始,希腊人修建的堡垒一般都留有弩炮专用的发射孔。3

弩炮也被希腊人用于野战。公元前356—前346年的“第三次神圣战争”(Third Sacred War)期间,弗西斯(Phocis)将军欧诺马库斯(Onomarchus)两度击败马其顿雄主——亚历山大大帝之父腓力二世。弗西斯人手中的大量弩炮乃是制胜的关键。据古典战略作家波吕埃努斯(Polyaenus)记载,欧诺马库斯的惯用战术是:先选定有利地形,将步兵与弩炮埋伏在高处山丘,然后佯装战败将敌军诱入伏兵环绕之地,先以弩炮倾泻矢石,随后趁敌军混乱之际发动总攻。4据推测,弗西斯人使用的弩炮即比冬所记载的弓体类弩炮,其中使用最普遍者大小类似于“卡戎”抛石机。5第三次神圣战争中的两次失败是腓力一生中最惨重的两场败仗,之后腓力意识到远程机械武器的威力,遂将此类武器引入马其顿军中,大力仿制和改进。6

不过弓体式结构有其蓄能局限。由于弩炮,特别是投石类弩炮对蓄能的巨大需求,弓体类弩炮的发展很快就达到了其结构能力的上限。当弩炮发展到“伊西多鲁斯”抛石机那样的巨大尺寸时,复合弓体结构的势能潜力已挖掘殆尽。“伊西多鲁斯”抛石机之类大型弓体弩炮的出现标志着弩炮技术第一发展阶段的终结。这一阶段持续时间约半个世纪,期间需要突破的瓶颈在于拉力。当古希腊人通过各类机械放大人力后,随着武器日益大型化,传统的复合弓体蓄能方式很快就成为弩炮性能提升的瓶颈。为了突破该瓶颈,弓弩技术的发展随之进入下一阶段。

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