转载：风帆战舰的桅杆（三）
此文转载自核动力爱胖达老师的微博，近期我们会推出一系列核动力爱胖达老师微博里关于帆船的系列文章，在此特别感谢胖达老师的无私奉献！！
工业时代之前，挑战技术的极限
题图：一艘19世纪的法国“Corvette”轻型炮舰，主桅杆上的帆逆风，与前桅杆相平衡，让船“迎风停航”（Heave to），这是风帆时代减速和停船的通用技巧。三根桅杆+首斜桁的“全帆装”布局一目了然。
接前文：http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404035138857118498&mod=zwenzhang
前文回顾了哥伦布发现新大陆之后，西欧的远洋航海事业蒸蒸日上，结果大海船越造越大，于是桅杆自然发展成多节拼接、直指云天的张扬造型：多节拼接的高大桅杆是历史上技术发展的自然结果。
为什么非要分节、不能是一整根呢？
因为技术发展水平的限制。
首先桅杆是非常高大的。历史上各个时期，特别是进入17世纪晚期以来，各国海军对本国战舰桅杆的高度都有明确的规定，和战舰龙骨、炮甲板的长度有固定的比例关系，胖达实在是懒得查阅纲鉴，因为这些比例关系也是不停地在调整，随着实践而改良的。总之，大体上说，战舰主桅杆的总高度约为战舰最大宽度的4倍，按照比例，战列舰比这稍稍矮一点，巡航舰则比这稍稍高一些。
就像这幅19世纪60年代的照片，战舰的桅杆非常高大。比如主角马尔堡号一等战列舰，三层炮甲板的战舰舷墙其实高达10米，但主桅杆在甲板以上的部分还有40多米，当时英国的这种大船吃水在6米左右，也就是主桅杆从龙骨开始（如前文交代，前、主桅杆是竖在龙骨上的：http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404034777337433562&mod=zwenzhang ），总高度60米，此时这种战列舰的最大宽度大约在16~18米，即战列舰的桅杆高度比宽度的4倍稍矮。
桅杆不仅高大，还很粗壮，如下图是1860年英国勇士号铁甲舰的桅杆，和下方游客相对照，桅杆直径其实在90厘米到一米之间：
这么高大粗壮的桅材需要用什么样的树木才能制造呢？首先被子植物（自行百度）是难以满足需要了，读者可以环顾自己身边的梧桐、杨柳、白桦、山毛榉、栓皮栎、山茶、忍冬等等等等。。。这些“被子植物”因为“假二岐分支”（自行百度），树干部分都比较短，只占整个植株全高的一半甚至更少，比如一颗树龄70年以上的老橡树，高20多米，但足够建造船体大型构件的粗壮树干只有不到10米：
而裸子植物（自行百度），比如银杏、各种松柏，特别是杉树，一般都是一根主干朝各个方向垂直于主干而发出分支，所以即使是碗口粗的小树也已经长到十几米高了，如下图的水杉。
环顾我们四周，一般还在生长，树龄十几年以上的杉树，胸径能达到半米以上，高度可达30米或者更高。这显然还不能满足大型战舰的需要，而深山老林里已经基本“长成”的老树，比如加拿大铁杉，一般胸径可达80厘米，高近50米，就算这样的都无法直接造出18世纪末三层甲板大型战列舰的一整根桅杆——只有那些树龄上百年以上的“世界爷”，胸径可达数米，高度70米以上，但是凭借当时人类的技术条件，这种巨木是根本无法采伐和运输到沿海的。不仅如此，杉木料并不是刨去树皮就能直接使用的，一般边材都不能用，因为和心材比较分离，有比较明显的界限，两者之间机械连贯性比较差，如果直接做成桅杆，这样的桅杆上钉进钉子固定各种桅杆栖装物的时候，就容易劈裂。这样。木料的可用直径就小了很多。
另外，虽然杉树往往直上直下一根通天的主干，但是主干还是从底部向顶端越来越细。而战舰的桅杆并不是从龙骨开始越来越细的：战舰桅杆需要在露天甲板处最粗，因为整个朝天空中“发出”的枝干都是从甲板以上才开始的。露天甲板就好似一棵树生长处的“地面”，露天甲板以下是“根部”，在桅杆通过每层甲板处都有甲板帮助紧固住桅杆，分担桅杆的压力，所以不需要那么粗。如下图，即使一艘只有两层半甲板的巡航舰，桅杆也有两道到三道甲板帮助它抵抗风压。桅杆通过甲板处都有“桅杆箍”（Mast partner）把桅杆紧紧箍住。
这样一来，战舰的桅杆就是需要从甲板朝天空越来越细，朝底舱也越来越细。
于是一根整的冷杉材料，首先胸径往往太细、其次为了避免浪费材料，就很难直接加工成一根上下总高数十米的桅杆了。
所以分段建造比较合适，这是其一，是材料本身的限制。
其二，当时人类技术的“起重”能力很有限。
造好了桅杆还要把它吊装起来然后吊放到船上安装，桅杆的重量倒不是特别令人生畏，毕竟远在古埃及、古罗马时代就能起吊方尖碑、记功柱、大型工程机械等等，但是一整根桅杆的高度太可怕。一般船厂安装桅杆的起重机（Sheer）用的起重吊臂就是战舰上退役下来的、老旧的底桅（Lower mast）。按照刚刚对杉木材料的介绍，这样的一段底桅一般高度也就是20~30米，竖立在专门的驳船，一般也是退役战舰改装的，或者岸壁上，如下图：
结果人类当时一般能够吊装的桅杆也就是20来米长，无法一次性吊装更高的桅杆，所以才把桅杆分节，待底桅安装好之后，再用底桅当作起重臂，将上桅、顶桅依次吊装到底桅顶上去。如下面左边两图，条件不济的时候底桅也需要在船上用备用桁材自己搭建起重臂来安装，而右边图则是把上桅沿着底桅吊上去的过程。
另外，既然顶桅、上桅是吊装上去的，在大风不良天气还可以灵活地再降下来，避免大风把船吹得倾覆，如下图，一艘18世纪末、19世纪初巡航舰，上桅“下半桅”，底桅上的粗大主帆桁下“降半桅”。
就算采取了这些灵活的办法，将桅杆用3段相继而达到所需的几十米高度，材料的匮乏还是让人们越来越头疼——一方面，15、16世纪的船还比较小，底桅只需要半米直径的粗细就能够抵挡风力了，但随着战舰的日益大型化，前、主桅杆的底桅都越来越高大，只好越来越粗，到了18世纪末已经接近一米，到哪里也找不到能长到这么粗的杉树，而且还要考虑边材必须刨除的问题；另一方面，随着英法及西北欧、沙俄各国的海上军备竞赛，造船和建造桅杆用的树木也被砍伐殆尽。因为一般品种的树木都难以满足建造战舰的机械强度，所以英国的桅杆一般都是严选的北欧杉木，首推波罗的海沿岸北欧国家，其中最好的来源是里加湾的杉木，这样一来这种优质材料，可想而知到是供不应求的。
结果到了18世纪后期，一方面战舰底桅需要的直径越来越粗，另一方面杉树却都是刚刚补种不太长时间的小树，还太细。因此这时候战舰的底桅，都不可能从一整根杉木中直接加工出来，而是几块甚至十几块杉木料通过扣榫拼接成的，即“拼接桅”（Made mast），与之对应，更古老的时代，能享受到的整根底桅，就是“独木桅”（Pole mast）。战舰的上桅、顶桅比底桅细得多，可以享受到“独木桅”。
如图，这就是战舰底桅，是“拼接桅”，从红圈里断面可以看到是9根杉木料拼接成的，每片杉木料都做了蓝色方框内的凹凸交替的扣榫（Coak），然后用锤子敲在一起，而桅杆头部、根部还有一些橡木做成的短片，于是整根桅杆由20多片分段，通过扣榫拼接而成。为了把这些玩意紧固在一起，做好的桅杆外面隔一段距离就固定一对木箍（绿色标注及最右），木箍之间紧紧缠绕缆绳扎紧桅杆。这些都是为了防止桅杆开裂。
所以，拿起一幅18、19世纪的绘画，譬如下图，一幅19世纪描绘18世纪场景的作品，朋友问胖达为啥红色标注的底桅都是“斑马”条纹状，而蓝色标注的上桅、顶桅并没有，原因就在此，底桅是“拼接桅”，需要额外紧固，其它都是整根杉木加工成的，不需要了就。
显然独木桅性能更好一些，因为它的韧性更好，不会劈裂，在大风中可以柔韧地挠曲，而且重量轻。所以战舰的上桅一直都是独木桅，即使战舰越来越大，这样的粗壮又轻盈而柔韧的好杉木越来越难搞；战舰顶桅由于很细，所以很容易就能搞到合适的材料。
但是风太大了也会把独木桅压弯成永久变形，那就废了，也没法维修了只能报废。
相反，不得已而为之的“拼接桅”虽然笨重也容易劈裂，但是劈裂了也可以维修替换损坏的部分，节省成本。
所以几根大木头杆子，也是凝结了智慧和心血的。而要获得合适的桅杆材料，是多么不容易的事情呀~
【1】英法本土都没有，只能求购于意大利、北欧波罗的海和加拿大。
【2】采伐的季节有讲究，夏季裸子植物的树油分泌活动太旺盛，树脂都跑到表面来了，这时候适合像割橡胶一样收集树脂、松节油，用于制作防水和保护缆绳不受海上盐雾腐蚀的黑乎乎涂料。只有进入秋冬季节，树脂分泌不太旺盛，大量树脂饱含于木材深部的时候，才合适采伐，这样伐倒的杉木由于包含树脂，柔韧性特别好，闻起来充满树脂的芳香——
【3】当然老司机还要再仔细闻一闻，心材中有没有透出发霉的味道，那样就报废了，完全不能使用，否则遇到大风直接从深部霉烂处劈裂折断。
因此最好是冬季采伐，而且——
【4】空气里要有一定的湿气，不能像我国北方干冷的冬天，这样伐倒的树木，没有了根部往上的“蒸腾作用”（自行百度），同时环境很干燥，结果迅速脱水；而且杉树充满树脂道，树脂凝冻，结果整个木料直接变得硬而脆，还是直接报废。
【5】当然还不能像我国东南的冬季一样阴冷阴暗阴湿，结果霉菌从采伐断面进入木料“体内”阴滋暗长，不过了很久还是直接报废。
【6】外观可见的结节当然也不能有，因为里面积攒大量树脂很容易发霉然后导致报废。
所以闻上去树脂馥郁芳香、心材没有腐烂迹象，而且心材和边材均匀过渡的里加湾杉木是最好的选择，饱含树脂、轻而柔韧。
有了四座高大的桅杆，战舰就可以御风而行了么？也许在技术进步的今天，这可以实现：