甲午速射炮十：江南局自主研发出无烟药，日军直接外购弯道超车
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甲午速射炮十
江南制造局在1890年准备仿制火炮的同时，就已经开始引进高炉，准备自行生产枪炮用钢材。经过技术人员的努力，在1894年甲午战争这一年，实现了自产342吨枪炮钢的初步生产能力，解决了部分速射炮的原料钢材供应。
除此之外，江南局也再接再厉，积极引进了当时国际最先进的无烟发射药技术，开始了最重要的速射炮用无烟药的生产。
一、天津局栗药能满足北洋需要
当时世界海军的主要火药品种，是经历了黑药、栗药、单基无烟药、双基无烟药等几个不同的发展阶段的。当时一开始主要使用的，是中国古代四大发明之一的“黑药”。在此基础上，1882年德国人发明了栗色药，因使用的碳化不充分的木炭的颜色，因此也叫褐色火药。栗药燃烧速度慢，用作重型火炮的发射药不易炸膛，迅速成为当年陆海军的主要发射药。
而因为发射药的需求量巨大，因此清政府早早就开始了国产化的进程。早在1870年（清同治九年），天津机器局成立，当时日产洋火药（黑药）就达三四百磅（136-181公斤）。1871年（同治十年），金陵机器局也建立了黑药局。1874年，江南制造局同样建立了黑药厂。
在量产黑药的基础上，他们又完成了栗色药的国产化工作。早在北洋海军成军前的光绪十二年（1886年），天津局就开始由洋员督建栗药厂，于第二年1887建成，并由德国人沙尔富传授技术制造成功。
到1888年北洋水师成军前，北洋海陆军的主要发射药，就已经改用了栗药了。不过当时因为天津局生产能力不足，北洋主要仍然依赖进口。仅在1887年，北洋一次就购进了进口栗药30万磅。
其后经过将近两年的引进设备和厂房建设，到了光绪17年（1891）年，天津局的栗药产能，已经“北洋自制栗药只能敷北洋之用，未能外拨”了。
可见北洋此时已经大规模生产栗药，而且产量已经足够北洋陆海军自用了。
二、江南局的栗药仿制工作
而在南洋这边，用栗药的时间稍微要晚一些。聂缉椝为江南制造局总办时，非常重视新技术的发展。他在1888年就委托商满德“回国后访查情形、详询价值，以便酌量订购”。1889年4月，江南局呈请向德国都田厂购置粟药二百吨，想和广东各购买100吨，共用银13万两。计算下来200000/0.454=440528.6磅，每磅130000/440528.6=0.2951两银子。
该批栗药分三次运沪， 该厂并充拨派洋匠一名来华教习，往来路费200英镑，薪金为每月300两银子。同时再花一万数千两采购设备，直接进行国产化。江南局引进人员设备后于1889年改军械所为军火处， 又于龙华添设栗色药厂，开始准备量产栗药（不少网络资料误为1879年）。
不过江南局的这个栗色药厂，却出乎意料的进展不快。直到1891年天津局栗药已经能够满足北洋需要时，江南局还需要派员赴天津参观学习，准备“如有应添机器，即行购办”。可见江南局这个时候的栗药生产仍然有问题，根本不足以应付南洋的需求。
这其中的主要原因，是江南局手笔太大。他们图便宜，在1889年一次性就购买了200吨栗药，这200吨洋药已经足够南洋三四年的使用了。 而南洋其后一直没有经过什么大的战事，因此1893年江南局栗药厂建成后，十四年也不过生产了523.9吨，年产量不过37吨左右。
也就是说，在1894年甲午战争以前，南北洋都解决了有烟药的国产化问题。当时无论是黑药还是栗药，国产的产量和质量已经都能满足需求了。
但是这两种火药都有极大的缺憾，就是发射后硝烟弥漫，严重影响下一发炮弹的瞄准，即使火炮可以快速射击，下一发也只能盲打。这种情况下，无烟药的发明就是必须的。而只有管退炮配合无烟发射药，才能称得上是真正的速射炮。
三、早期无烟药的引进和仿制
如果说在栗药的仿制上，北洋是走在了南洋的前面，那么在无烟药的引进和仿制工作上，江南制造局不仅在国内首屈一指，相对于对岸的日本，那也是并不落后的。
在无烟药方面，首先是在1870年，海洋霸主英国人发明了硝化棉药，当时是做装药用的。1884法国人发明了塑化硝化棉，可以做发射药用，这就是最早的单基无烟发射药。在1887年，法国发明了烈性的麦宁药，无烟药正式进入双基时代。英国不甘落后，在1888年也开始制造类似的“裂地炮药”（又叫立德药）。到了1890年，英国人又发明了双基柯达无烟发射药，配合自家的1887式120管退速射炮，就此在速射炮技术上领跑于全世界。
而江南局引进棉药很早。早在1875年的时候，江南局就开始引进硝化棉药的制造技术，当时主要是作为水雷装药。而到了1883年，北方天津局也已经自制出硝化棉药，大批量装备部队了。当然，也是作为水雷鱼雷装药用的。
值得注意的是，这时候南北洋海陆军的主要发射药和装药，还都是黑药。而其实硝化棉药比黑药要威力大得多，直到1904年的日俄战争中，俄罗斯海军主要用的还是这种棉药。清廷当时引进棉药很早，却并没有大加利用，是非常让人非常遗憾的事。
如果说早期棉花无烟药性能略差，在清廷没有引起重视的话，那清朝其实很早就接触了新式无烟药，并且早早就开始了仿制量产工程。
在光绪十七年（1891年），江南局为了制造快利枪，已经开始进口无烟火药。当时首批是进口了2000磅，后来又加购了两吨之多！如此庞大的数量，除了应付枪支以外，当然是主要是为了已经于1890年仿制，并于1892年即将成功的120速射炮准备的发射药。而在大批量进口的同时，他们还迅速开始了新式无烟药的引进仿制工作。
四、江南局引进设备仿制新式无烟药
光绪十八年（1892年）十二月，江南局专门拨款6万两，采购了新式无烟火药的生产设备，并准备像造栗药那样，同样聘请洋员一名教授技术。按照当时的价格，洋员的工资一般在月薪300两左右。预定的采购设备加人员工资旅费，一共花费1万6千八百四十英镑。预定先付定金五千镑，所有设备在八九个月运沪交收。
值得注意的是，这种雷厉风行的引进在当年可是极为少见的。要知道当时江南局的栗药厂刚刚建成，还没有大规模制造褐药的能力，甚至还在生产黑药子弹呢。这从黑药一下子迈进到无烟药，这是整整跨了两个阶段啊。由此可见，一方面江南局的技术人员非常敏锐，在知道无烟药长处以后立刻决定自产。而一方面，当时天津局已经在栗药生产上抢在了前面，江南局栗药厂只是拾人牙慧，可想而知是得不到很大的订单的。因此江南局投入重金，直接仿制最先进的无烟药，这是要对北洋的栗药厂直接实现弯道超车。
而既然有了这样的想法，江南局执行起来就是给力了。按照合同约定，无烟火药生产设备在光绪19年7、8月间，也就是公元1893年9月左右到货。不过在实验中，又出了幺蛾子。当时江南局高薪请的洋员德国人沙理温居然水平不行，所制的无烟火药并不成功。而且这个洋人没本事还不谦虚，找了一堆杂七杂八的理由来搪塞，甚至说是上海当地水汽有问题……不能不说，这洋人甩锅和找借口的本事，那可真的是祖传绝技啊。
五、中国自己的科技人员研制成功无烟药
在此情况下，我们中国自己的科技人才挺身而出，当时江南局任用的技术带头人，是候选直隶州知州王世绶，他在炼钢、造枪、制炮上都是大拿，这次也是他带着科研人员挺身而出，经过辛勤的反复实验，终于将无烟药制造成功。在事实面前，请回来的德国人沙理温终于低头，史书记载的清楚：“洋匠自谓不及”！
要知道，这可是在清末，正是洋人最看不起中国人的时候。直到几十年后，有的国人还以得到洋人的认可为荣，甚至把“外国人直挑大拇哥”当成是极大的奖赏。而在清末，我们的技术人员王世绶先生，那可是让洋人低头认输，自谓不及的！
致敬王世绶先生，致敬江南局的科技人员！
长话短说，到了光绪二十年，也就是1894年甲午战争开始的那一年，江南局已经形成自产无烟药的能力。这可是中国兵工史上的里程碑，而且是在中国自己的技术人员掌握核心技术的情况下制成的。据两江总督刘坤一在第二年（1895年）的奏报，在当时江南局已经能够年产无烟药60000多磅。按照每发120速射炮使用无烟发射药4.5磅计算，已经足够60000/4.5=13333发120速射炮之用。当然这些产量主要是在1894年下半年取得的，而那个时候，甲午战争已经打响了。
到了1895年，江南局正式建成无烟药厂。再算上1892年建成的栗药厂，当时江南局的生产能力是栗药每日800磅，按300日计算是24万磅。无烟火药每日400磅，按300日计算是12万磅。而当时的速射炮产能，如果专造120炮是年产12门，152炮则是年产6门。那时候江南局各式火药的生产成本是：
1.黑色火药：每百磅17两银子。如果是炮药工夫较省，为16.3两。
2.栗色火药：每百磅69两银子。而外购栗药不过是百磅29.51两。由此可见，当时国产货确实并不便宜，甚至比进口货更贵。
3.无烟火药：每百磅200两银子。如果是炮药工夫较省，为196两。
以同样的火炮为例，120速射炮用12磅栗色发射药花费12*0.69=8.28两，改用4.5磅无烟发射药药则花费4.5*2=9两。可以说使用无烟药性能既好，也不增加多少成本，真是物美价廉的好东西。从这一点上看，江南局直接引进无烟药，实现技术上的弯道超车，是非常有前瞻性的决断。
而对比一下张之洞手下的湖北，直到光绪二十三年也就是1897年，才通过礼和洋行采购了格鲁森无烟药机器，每十分钟生产33磅，年产无烟药50吨。不过这个时候张香帅行事顾前不顾后的毛病又犯了，光绪24年设备都已经到上海了，直到两年以后的光绪26年5月，聘请的技师还没有到位。迫不得已之下，他就把徐建寅挖来当了技师。徐建寅先生经过研究。在光绪27年正月和二月制造出了几磅火药，可是本人却在试生产时殉职，中国就此失去了一位宗师级的技术大拿。湖北厂自产的无烟药，也要等到光绪28年（1902年）才真正试制成功。
从这件事情上也可以看出，当年江南局在1894年就完成无烟药国产化，是有多么艰难和先进。而清廷南洋、北洋、湖广的洋务派各搞一摊，互相进行技术封锁，也导致了资源的极大浪费，甚至引起了惨痛的技术人员损失。
六、同期的日本的情况
而当时中国的竞争对手日本，其实并不比中国先进。日本在明治22年（1889）3月建“褐药”生产厂，开始建设厂房安装基础设备。到了明治23年7月（1890年）才自德国进口来“褐药”生产设备。明治24年（1891年）工厂方才建成。而中国天津机器局栗药厂，是在1887年建成的，整整比日本人提前了4年。到1891年，天津局栗药已经可以满足北洋的需要了。
而日本人自己的栗药，其实压根不能满足需要。在明治26年（1893年）3月21日，日军海军为桥立舰签订了进口军火合同，其中为320毫米主炮应用的“褐药”23.5吨，价值35837.5日元，交货期为27年3月20日之前。由此可见，为了蓄谋已久的侵朝战争，日本人采用了短平快的办法，他们搞了“造不如买”，直接通过购买外国成品，来弥补国产货的不足。
而在无烟药方面，日本人就搞得早了——他们同样通过直接高价外购，进行了弯道超车。日本人不仅大量进口新式无烟药做为发射药，而且大量进口新式混合药做为炮弹装药。日本海军在装备新式的千代田、秋津洲巡洋舰的时候，也购买了英国M1887式120毫米速射炮，同时也就装备了英国的新式立德药（中译裂地药、列底炮药），日军将之称为“礫子火藥”。
甲午海战中，日本联合舰队的主要火力输出单位——120/152安式速射炮，就是使用“礫子火藥”作为发射药的。值得注意的是，日军同时也用它装填炮弹，成倍提高了炮弹的杀伤力。马吉芬在回忆录中提到，日舰应该使用类似“梅里纳衣特”(法国麦宁药)的弹药，足以证明这一点。
而与此同时，日本人也在研究自己的先进火药，这就是大名鼎鼎的“下濑火药”。1889年1月，原田宗助大技监作为试验委员长监督了试验，取得了良好的成绩。1891年5月，下濑火药第二期试验开始，7月结束，成绩良好。经过技术会议审议通过，10月正式为海军火药试用。光绪十八年（1892年）八月四日，上海《申报》刊登道：
日本海军技师下濑雅允，数年来研究炸药，孜孜不倦，至此岁得全法，奉当道验过，堪备军中之用。其药取携既极安稳，炸力又大，较从前所制实加数倍，故而后一等舰及三等舰均用之。
1893年，日本海军省采用下濑火药作为鱼雷装药(海军省、下瀬火薬を水雷用として采海军省)。
1894年陆军板桥火药制造所开始生产棉药(陆军板桥火薬制造所で绵火薬制造开始)。不过因为信管不良，12月20日海军军令部批复:“下濑弹底着发信管尚需充分实验方可投入使用。”直到伊集院信管出现以后，1899年设立的下濑火药制造所才开始量产。
因此在甲午开战时，日本并未大规模采用下濑火药（可能使用了部分加装下濑药包的炮弹）。而且因为无法国产新式药，还开始大量外购无烟药，甚至是进口当时英国最先进的柯达双基无烟药（很可能是随吉野舰购入）。
目前查到的是，仅在战前的26年（1893年）1月，日军就进口120速射炮用无烟药包2000公斤，价值1300英镑，连运费保险1668英镑。按照每发120速射炮弹需用4.5磅无烟药发射计算，足够发射炮弹2000/.454=4405.286344/4.5=978发。而平均每磅1668*6.21=10358.28/4405=2.35两的价格，也真的是很贵了。
综上所述，北洋海军与同期日本海军，一开始都是装备德国于1882发明的栗药。而中国提前日本四年，实现了栗药的国产化。到甲午战前，北洋的栗色火药依靠国产就可以满足需求，而日本则在战前还需要进口褐色火药。
而在无烟火药方面，双方的差距就不大了。中国的江南局实现了弯道超车，在1894年就完成了无烟药的国产化。而日本最早的无烟火药生产厂，则要甲午战后的明治28年（1895年）3月才能完工。不过，中日双方虽然在技术水平上相差不大，但是日本海军利用直接外购，随着进口速射炮购买了大量先进的进口的先进“裂地药”、“柯达药”。而中国由于各大督抚各管一摊，导致先进的江南局无烟药和速射炮不能及时调往北洋海军，错失了至关重要的“速射炮革命”。
而随着日本人大量装备使用着进口无烟药的新型速射炮，还在使用老式栗药和架退炮的北洋海军，就彻底被日军取得了技术优势，也直接导致了甲午战争的惨败。
参考文献：
《中国近代兵工史》
《马吉芬回忆录》
《下濑雅允回忆录》
《江南制造局记》
《试析近代西式钢铁技术向东亚转移的开端》
《克鹿卜快炮图说》
《沿江沿海各省炮台图说》
《李鸿章全集》
《盛宣怀传》
《日清战争》