转载：19世纪风帆战舰上的“新技术”（四）
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！！
“从风帆到铁甲”的时代跨越与爆破弹
题图：海格力斯号肿腰炮室（Gun room）铁甲舰，铁甲舰发展头十年里各方面性能比较平衡的远洋铁甲舰（Cruising ironclad）。
接前文：http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404024318123231420
铁甲舰何以取代风帆战列舰？直接原因在于19世纪40年代开始，风帆战舰列装了爆破弹加农炮（Shell Gun），对于木头船壳可造成毁灭性打击，从此战舰必须披挂装甲；而厚重的铁甲反过来又令爆破弹无计奈何，于是风帆时代的实心弹丸（Shot）又以穿甲弹（Amour Piercing Shot）的形式、搭配更重型的火炮成为铁甲舰时代的主要武器系统。
因此，在铁甲舰的诞生、发展的这一螺旋上升的过程中，爆破弹（Shell）的采用是直接驱动因素；船体的大型化、蒸汽螺旋桨推进等因素则是配角；而钢铁加工工艺的进步则是必要条件：只有先进的锻造工艺才能加工出厚重的装甲板，而厚重的装甲板也加速了火炮的重型化，更重型的火炮也只能依靠先进的工艺才能完成。这甲-弹之争就如前文所述，在19世纪上半叶的时候技术上还难以实现。正是这甲-弹之争使得铁甲舰的火炮和装甲越来越重，但是船体的大型化实际上在19世纪上半叶已完成了大半，于是受成本的限制，铁甲舰只能选择搭载数量越来越少的重炮。这样渐渐地，她们从风帆战舰那样的舷侧列炮的“大船扛小炮”逐渐演变成近代战舰的模样
1860年代初的铁甲舰“阿金科特”号，属于当时“米诺陶”级，是为了对抗前文题图的法国“玫红色”级两层炮甲板“铁甲战列舰”而建造的。也就是把法国两层甲板的炮位都挪到一层，放在一个更长的船体上。这样一层炮甲板重心低，可以施加更厚实的装甲。这种铁甲舰的总体布局还是风帆战舰的“舷侧列炮”（Broadside）式。其简易的蒸汽机根本不足以保证蒸汽动力横越大西洋，所以全帆装是一种必须。
19世纪70年代的亚历山德拉号“一等远洋铁甲舰”（First-rate Cursing Ironclad）。当时的两级膨胀复合蒸汽机仍然不足以在保证欧洲-地中海水域之外连续蒸汽动力远航，所以巡洋作战的主力舰仍然必须全帆装。但是因为火炮和装甲技术的水涨船高，这艘主力舰的主炮就集中于肿腰厚甲的炮室（Armored Gun Room），即图中上下两层的舷侧突出结构。
19世纪80年代的海军上将级，已然有了前无畏的总体布局。当时钢制船体结构、钢制气缸与锅炉以及三胀式蒸汽机的采用终于开始让战舰拜托帆装的束缚，像海军上将级这种目标明确的“欧洲本土”主力舰就可以完全舍弃风帆了（当然，只有到19世纪90年代后期，全钢打造的水管锅炉才能产生足够高的蒸汽压，充分发挥三胀式蒸汽机省煤、超长续航的优势）。该舰两个首尾主炮位上两对主炮也十分瞩目，每门炮似乎都有100吨重。（感谢@bios45供图）
可以说，19世纪上半叶船体的大型化和蒸汽推进技术为铁甲舰登场搭建了最合适的舞台；而前文（http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404024318123231420 ）描述的钢铁技术进步为铁甲舰的“铁甲巨炮”、“披坚执锐”提供了可能；但这一切的直接诱因就是爆破弹。
直到19世纪30、40年代爆破弹开始上舰之前，从1492年哥伦布发现新大陆的时候开始，海上火炮作战都局限于使用实心球形弹丸“Shot”，这有点不可思议，这是效率多么低下的毁伤方式呀~
图中红圈内就是胜利号中层炮甲板上24磅炮的球形弹丸，储存方式很有特色。也就是在舱盖边框上挖坑——这是为了防止这些铁球滚动，24磅炮的弹丸直径大约15厘米上下，但是这样大小的铁实心球在甲板上乱滚，如果轧到人脚上就可以把脚轧烂。
关于炸弹的威力，从小电视、电影动画片等等传媒所作的渲染，恐怕会让现代人觉得风帆时代的实心弹丸“战五渣”，但同时从《猫和老鼠》到《灰太狼和喜洋洋》也渲染了炸弹的危险——引信操作不当的话，先遭殃的总是自己人。风帆战舰上没法使用爆破弹就是因为没有可靠、安全的引信，在海上颠簸的情况下，爆破弹几乎一定对自己人比对敌人威胁更大。爆破弹和海军加农炮的装填方式“相克”。
这是风帆时代的海军前装加农炮的装填示意图。可见球形弹丸被身后的圆柱形黑火药包和前面的木头塞子“Wad”卡住——这塞子是拆散的旧麻绳绑在圆形木块上，就像拖把头，只不过散开的部分小——这样装填时才不会因为船只摇晃而让弹丸在炮膛里乱滚；击发时的黑火药爆燃气体才能规则得作用于弹丸将它加速发射出去。装填的时候大炮是退进船体舷内来的，如下图远景的炮位。
而装填完毕后人们还要将大炮炮口伸出炮门外，如上图近景的炮位，图上是伸出之后，两个炮组人员用撬杠抬起炮尾，调节火炮仰角。这一切后续准备停当后，炮长才用火绳或者燧发器击发火炮。也就是说炮弹从装填到最后击发有很长的时间要呆在炮膛里。
现在看看爆破弹，原始的爆破弹必须像动画片里面的炸弹一样人工“点捻儿”——它们的引信就是伸出弹壳外的一根捻儿，跟炮仗一样。把这个东西填进炮膛，就算引信足够长，也难免不引燃塞子和发射药的法兰绒布包，然后造成提早引爆和炸膛。安全系数极低，这是炸弹无法用作炮弹的原因。但是当时的炸弹可以用作手雷，接舷近战时投掷使用，点了捻儿立刻扔，就没炮弹装填的这种危险问题。
同时，当时发射爆破弹的陆军火炮也不适合海上颠簸的环境下使用。
陆军从很早就利用炸弹的威力，比如手雷和投石器发射的炸药包。到了火炮时代主要有两种发射爆破弹的火炮，一是臼炮（Mortar），是一种攻城炮（Siege piece）；二是榴弹炮（Howitzer），是野战炮（Field piece）。
这是美国内战时期的臼炮，也就是炮身极短的大口径炮。因为炮身短，所以弹丸初速很低，如果水平发射，那么炮弹飞不了很远就撞地了，所以臼炮主要是靠高抛弹道绕过敌方堡垒厚重的楞堡护墙直接轰击堡垒内部的设施，幸运地诱爆敌方堡垒火药库的事情屡见不鲜，比如拿破仑入侵西班牙的时候。这种沉重的攻城武器在没有铁路的17、18世纪是没法随军战术机动的，所以只能用于攻城。
拿破仑时期的榴弹炮，比上面臼炮稍微长一点，但还是一种短炮，所以还是靠抛物线弹道的曲射炮，但因为重量轻可以战术机动，所以是野战中的间接火力支援。
弯曲的抛物线弹道要想命中机动中的敌人，而且本舰还是在机动和颠簸的环境下，谈何容易？
上图是日本长门号战列舰拆开外板的火控计算机，这是一种精密的机械模拟式计算机。两次世界大战间发展起来的这种战列舰远程（2万米到3万+）火控系统才能够准确推算战舰在横摇、纵摇、升沉种种复杂颠簸情况下，考虑地转偏向、风力等等因素，命中敌舰所需的抛物线弹道，而且还只限于敌我都做直线匀速、直线加减速运动的情况。
风帆时代想要抛物线“弹道”命中敌舰，恐怕只有接舷战时候扔手雷吧。
实际上臼炮在风帆时代也被搬到海上使用，也就是臼炮船（Bombing ketch）。最早的臼炮船是17世纪末法国为了一劳永逸地扑灭今天北非的黎波里、突尼斯等地方伊斯兰城邦对地中海贸易的劫掠而发明的，到了18世纪末已经是很成熟的特种作战舰只，专用来从海上打击敌方的海岸要塞和港口。
上图是一艘臼炮船（Bombing ketch）的水线模型，ketch是指代这种缺少前桅杆的帆装，好给前甲板上露天的臼炮腾出射界。发射时整个船要下锚定泊，落下所有帆，索具、舰面上铺盖打湿的帆布，易燃物挪到伴随的驳船上，然后这才能发射，可见炸弹多么危险。而这臼炮也是跟今天的迫击炮一样，装填立刻可以发射，所以不存在风帆战舰加农炮装填爆破弹的危险性。可见臼炮船实际上是具有战略机动能力的炮台，并不是用来在颠簸的海上交锋、争夺制海权。
若要在风帆战舰上使用榴弹炮，则只能布置在露天甲板，于是只能是轻型的小炮——舷侧炮门很小，只允许海军加农炮5到10°仰角，炮门开得再大就削弱船体结构强度，榴弹炮更大的仰角就无法发扬了。
1824年，法国裴克桑发明了可靠、安全的引信，并尝试用加农炮发射爆破弹，从弹和炮两个方面，初步解决了上面炸弹不能用于海战的问题。于是开启了战舰发展的新篇章。