拋石機（配重式投石機）是古代一種遠(yuǎn)程重型戰(zhàn)具，應(yīng)用于攻擊防守戰(zhàn)中。它是一種木制機械裝置，運用杠桿原理和力學(xué)原理拋射石彈或發(fā)射藥彈來打擊對方人員或軍事設(shè)施。拋石機的種類很多，通常簡稱的拋石機指的是配重式拋石機。與彈射器不同，拋石機是利用配重物的重力發(fā)射。在中國拋石機又名“礟”“砲“”投機”“發(fā)石車“’“拍”“拋車”等，這些名稱出現(xiàn)在拋石機發(fā)展的各個歷史時期，每一種名稱與當(dāng)時它的具體形制與應(yīng)用緊密相聯(lián)。
拋石機可以分為人力拋石機、彈力拋石機、扭力拋石機和配重式拋石機4大類。其中，人力拋石機是由中國發(fā)明，采用杠桿原理。在中國戰(zhàn)國時期在戰(zhàn)爭中開始使用拋石機。在隋唐人力拋石機傳播到國外。宋元時期拋石機發(fā)展達(dá)到一個鼎盛時期。直到明代管狀火器在軍隊中普及后，各種重型火銃、火炮取代了拋石機在城池攻防戰(zhàn)中的地位。在公元前4世紀(jì)，古希臘人在遠(yuǎn)程機械武器腹弓的基礎(chǔ)上發(fā)明了彈力拋石機。公元4世紀(jì)，古羅馬人發(fā)明了靠扭力發(fā)射的扭力拋石機。發(fā)展至11世紀(jì)至12世紀(jì)，東地中海地區(qū)出現(xiàn)了一種新型拋石機——配重式拋石機。宋元易代之際，在襄陽之戰(zhàn)發(fā)揮巨大作用的“回回炮”，很可能就是這種配重式拋石機，同時它也代表著拋石機發(fā)展史上的最高水準(zhǔn)。
拋石機作為一種大型攻遠(yuǎn)的武器裝置，它的主要功用就是用來發(fā)射堅硬重物如石彈去摧毀敵方的堅固物體。作為一種古代重型遠(yuǎn)射武器，拋石機在古代戰(zhàn)爭史上發(fā)揮了重要作用。在古代兵器時代，拋石機的作戰(zhàn)優(yōu)勢，不亞于火炮在近代戰(zhàn)爭中的作戰(zhàn)優(yōu)勢。它的廣泛應(yīng)用改變了古代戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)面貌，促進(jìn)了古代戰(zhàn)具技術(shù)的進(jìn)步。發(fā)射藥應(yīng)用于戰(zhàn)爭之后，拋石機充當(dāng)了其遠(yuǎn)投載體的作用。
發(fā)展歷史
技術(shù)起源
桔槔是中國民間一種非常古老的提水裝置，最古老的桔槔可推溯至夏商時代。桔槔是一種簡單的機械提水裝置，它通常設(shè)立在井或溝渠邊，由兩根木柱支撐著一件橫木，一端系重物（或用手拉），另一端懸以水桶，使兩端上下運動，這樣可以將水桶提至提水者所需的高度。這實質(zhì)上是一種配重式裝置，它利用杠桿及物體的慣性原理，大大減輕了提水者的勞動強度，這種裝置直至20世紀(jì)時還廣泛應(yīng)用于民間。拋石機是用粗木柱連接成砲架，砲架上面置橫軸，軸中間夾拋桿，拋桿頂端系繩索，末端系石彈，使用時裝好砲架就能投入戰(zhàn)斗。桔槔與拋石機在形狀上與技術(shù)上都有很大的相似性，都是一根長臂在支點上擺動，利用慣性力提起重物。南梁侯景叛亂時，侯景軍：“又于船上置木桔槔，聚茅置火，以燒水柵。”就是用木桔槔裝置來發(fā)射點燃的茅根進(jìn)行火攻。桔槔與拋石機在技術(shù)上的共性說明拋石機在技術(shù)上的直接起源就是桔槔。
在中國的發(fā)展史
先秦初步應(yīng)用時期
在中國古代，拋石機何時被用于軍事戰(zhàn)爭充滿爭議，目前有春秋時期和戰(zhàn)國時期兩種說法。春秋說的論者常引用《左傳·桓公五年》中的“旝動而鼓”與《史記·白起王翦列傳》張晏注引《范蠡兵法》“飛石重十二斤，為機發(fā)行三百步”兩條史料。但前者是漢儒對先秦典籍的解釋，而后者所引的《范蠡兵法》可能是漢人偽作，均不夠可靠。因此有論者認(rèn)為：“古代的人力拋石機，盡管可上推到春秋時代，但大致以西漢作為下限，較為可靠。”相反支持戰(zhàn)國說的史料比較多。較為詳細(xì)的有《墨子》一書。《墨子·備高臨》詳細(xì)介紹了守城器械“藉車”的形制，可以確定這是一種杠桿式拋石機。書中記載，可用它投擲裝有炭火的“水甬”來打擊攻城敵軍。
戰(zhàn)國拋車由砲架、砲索、砲軸、砲稍、彈兜幾部分組成，已基本具備中式杠桿式拋石機的主要特征。不過這種用木樁將一部分炮架打入地下的原始拋石機無法移動，主要用于城池防御。從功能上看，有點類似于16世紀(jì)至17世紀(jì)固定在城墻之上的紅夷大炮。在今天看來，戰(zhàn)國時期出現(xiàn)的原始拋石機存在諸多問題。首先，投入人力過多，初代拋石機操作還主要依靠人力，甚至需要幾百人共同操作以繩子拉動用于彈射的拉桿，發(fā)射石彈；其次，初代拋石機無法移動，只能進(jìn)行定點攻擊，射程也受到極大限制。總而言之，由于設(shè)計較粗糙笨拙，初代拋石機不僅威力一般，而且拋射距離也有限，以至于這種重型遠(yuǎn)程兵器在戰(zhàn)國戰(zhàn)場上的地位并不算高。生活于戰(zhàn)國中期的著名軍事家孫臏將兵器排名，拋石機的地位還排在駑之后。
秦漢至隋多樣化發(fā)展時期
盡管誕生較早，但自先秦至兩漢，關(guān)于拋石機的記載尤其是戰(zhàn)例一直十分稀少。第一個確鑿的戰(zhàn)例是官渡之戰(zhàn)。此戰(zhàn)曹軍使用了“霹靂車”。官渡之戰(zhàn)是歷史上第一次清晰地記載拋石機應(yīng)用于戰(zhàn)爭的戰(zhàn)例，拋石機在戰(zhàn)斗中發(fā)揮了極大的威力，取得了顯著的戰(zhàn)果。曹操的拋石機形狀與墨家的并無很大區(qū)別，不過曹操根據(jù)實際作戰(zhàn)的需要，為避免陣前組裝拋石機之時遭到敵方攻擊，創(chuàng)造性地將拋石機底座下裝上輪子，建造成可移動的車形，作戰(zhàn)時推出即可發(fā)射，這就是所謂的“霹靂車”。這是一項極富創(chuàng)造性的改進(jìn)，它大大提升高了拋石機的機動性，對后世拋石機的發(fā)展有極大的影響。從官渡之戰(zhàn)之后，拋石機作為一種遠(yuǎn)程重型進(jìn)攻武器在戰(zhàn)爭中廣泛使用開來。這個時期，拋石機主要用于攻城作戰(zhàn)中，多與其它攻城工具結(jié)合使用。拋石機在技術(shù)上還不是十分成熟，它的射程還不是很遠(yuǎn)，所發(fā)射砲彈的重量有限，因此，它的威力還不是太強。但是，較之其它的攻城工具，它所造成的破壞及震懾力已經(jīng)是最強大的。
鑒于拋石機頻繁的使用及它的巨大破壞力，一些軍事技術(shù)家甚至已經(jīng)開始研究如何對付它。由于拋石機不能連發(fā)，射出一顆砲彈后需花費較長的時間去裝下一顆砲彈，于是防御者采用了蒙濕牛皮緩沖的方法來減小砲彈所帶來的破壞。防御者在砲彈有可能落到的建筑物上面懸掛起濕牛皮，砲彈飛來后，落在濕牛皮上，堅韌的濕牛皮將之彈起，再落下來。經(jīng)過濕牛皮的緩沖，砲彈再落到建筑物上時其沖擊力已大大減小，對建筑物所造成的破壞也小了許多。在實戰(zhàn)中被證明這是一種很有效的對付拋石機的方法。進(jìn)攻技術(shù)與防御技術(shù)是相互克制但又相互促進(jìn)的兩個事物，隨著防御技術(shù)的進(jìn)步，拋石機制造技術(shù)也在不斷的改進(jìn)之中。魏國馬鈞以善于制造機械而出名，針對拋石機單發(fā)能夠被有效防御的缺點，他嘗試著作了改進(jìn)，設(shè)計出一種能夠連發(fā)的拋石機。只是很可惜，馬鈞的這個發(fā)明沒有得到政府足夠的重視，只是流于試驗；而且自馬鈞后，也沒有人再進(jìn)行過類似的設(shè)想和創(chuàng)造。
南北朝時期，關(guān)于拋石機使用的戰(zhàn)例頻繁地出現(xiàn)，這個時期拋石機在技術(shù)發(fā)展上有一個顯著特點，就是它經(jīng)過改進(jìn)后應(yīng)用于水戰(zhàn)。這一時期，出現(xiàn)了拍艦。拍艦就是在船上裝置拋石機，用它來發(fā)射石彈以擊毀對方船艦的戰(zhàn)艦。所謂因時因地制宜，拍艦的出現(xiàn)無疑是拋石機在發(fā)展上的一次突破性的革新，它意味著在水戰(zhàn)中也可以展開重型的攻擊，這給戰(zhàn)爭防御又帶來了新的考驗。
魏晉南北朝時期，由于戰(zhàn)爭頻繁，拋石機的使用相對也較多，但是，也正是由于戰(zhàn)爭頻繁，朝代更換周期快，所以，政府并沒有精力去研究這一武器，主要是依靠將領(lǐng)技師個人的努力去改進(jìn)它。從總體上來看，這一時期拋石機的發(fā)展仍取得了顯著的成果，射程有所提高，拋射物重量增加，由陸戰(zhàn)發(fā)展為應(yīng)用于水戰(zhàn)。它的作戰(zhàn)效果也得到了軍事將領(lǐng)的認(rèn)可，這一切都為拋石機的進(jìn)一步發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。
唐朝逐漸標(biāo)準(zhǔn)化時期
唐朝時期，中國在包括軍事技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)方面都取得了遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于當(dāng)時其他各國的先進(jìn)水平。而唐朝統(tǒng)治者的不斷的對外擴張，也使得拋石機在這一時期得到很大發(fā)展。這一時期拋石機的使用具有規(guī)模化、大型化、標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢。關(guān)于隋唐拋石機的形制，記載最詳?shù)氖翘迫?a href="/hebeideji/7232640444742692302.html">李筌所著《神機制敵太白陰經(jīng)》卷四《攻城具篇》。《太白陰經(jīng)》將拋石機稱為“砲車”，對拋石機進(jìn)行了詳細(xì)描述：“砲車，以大木為床，下安四輪，上建雙陛，陛間橫栝，中立獨竿，首如桔槔狀，其竿高下長短大小，以城為準(zhǔn)。竿首以窠盛石，小大多少，隨竿力所制。人挽其端而投之，其車推轉(zhuǎn)逐便而用之，亦可埋腳著地而用。其旋風(fēng)、四腳，亦隨事用之。”通過這段文字可以清楚地了解當(dāng)時拋石機的具體形狀結(jié)構(gòu)。這段文字基本將三國兩晉至唐朝數(shù)百年間，牽引式杠桿拋石機發(fā)展成熟后的結(jié)構(gòu)和種類做了總結(jié)，這種重型武器不僅結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，而且隨著不斷發(fā)展改進(jìn)，射速也大為提升。“埋地而用”者為防御式定點攻擊拋石機，“旋風(fēng)四腳”者則是可移動，用于攻城的拋石機。
唐朝時，拋石機的制作已有了一定的具體標(biāo)準(zhǔn)，而且形制也不再是單一的，它的具體形制隨著作戰(zhàn)的需要可進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)具體戰(zhàn)爭的要求。這使得笨重的拋石機有了較強的機動性和靈活性，也更能適應(yīng)戰(zhàn)斗的要求。拋石機發(fā)展至唐，已有了一定的形狀與制度要求。而且，那時的砲彈也已有了固定的形狀與大小，不同的拋石機配以不同的砲彈，拋石機的應(yīng)用已經(jīng)規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化。唐朝，拋石機已經(jīng)成為軍隊中的常規(guī)武器裝備，進(jìn)入了規(guī)范化的發(fā)展之路。
中式拋石機在國外的傳播
隋唐，中原王朝對外交流十分頻繁，為各種技術(shù)的傳入與傳播提供了良好的條件。時而發(fā)生的邊疆戰(zhàn)爭，更推動了軍事技術(shù)的交流。中世紀(jì)之前西方的投射器械，主要是弩（弩炮）和扭力式拋石機（catapult），這兩種可以發(fā)射石彈的軍事器械的原理都是利用扭力。而中國古代的拋石機，一直利用杠桿原理，并由多人拽索提供動力，直到宋元時配重杠桿式拋石機傳入中國。鑒于中西方投射器械血統(tǒng)的不同，中世紀(jì)時拽索杠桿式拋石機在西方的出現(xiàn)顯得令人注目。多有論者認(rèn)為，這種拋石機是從中國經(jīng)由阿拉伯傳向歐洲的。對這一問題論述最詳?shù)闹魇恰?a href="/hebeideji/3919302878038836834.html">中國科學(xué)技術(shù)史》第5卷第6分冊。作者舉出了幾個阿拉伯軍使用杠桿式拋石機攻城的例子用以佐證。中文史料也記載了阿拉伯在中亞擴張戰(zhàn)爭中對拋石機的使用。在中國西南方向上，吐蕃至遲在8世紀(jì)后期已經(jīng)掌握了拋石機技術(shù)。天竺當(dāng)時也掌握了拋石機技術(shù)。而在中國東面，新羅與高麗至遲分別在6世紀(jì)中葉和7世紀(jì)中葉掌握了拋石機技術(shù)，拋石機技術(shù)還經(jīng)由朝鮮半島傳入了日本。
宋元高度發(fā)展時期
宋元時期是拋石機發(fā)展的一個高潮時期。頻繁的戰(zhàn)爭使拋石機得到廣泛的應(yīng)用，而火藥武器的應(yīng)用又為拋石機的發(fā)展注入新的推動元素，拋石機的發(fā)展無論在種類上還是在技術(shù)上都超越前代達(dá)到一個鼎盛時期。宋代成書的《武經(jīng)總要》一書對當(dāng)時的拋石機作了最詳盡的記載。書中共記載了16種拋石機，并對其中多種的結(jié)構(gòu)形制以及使用功能效果都有詳細(xì)記錄。
至宋代，拋石機的發(fā)展更加規(guī)范。拋石機的制造包括每一個部件的尺寸都有了更具體的規(guī)定，如對單梢砲和雙梢砲的底座所用木柱長短都有不同的規(guī)定，拋石機的生產(chǎn)走上了工藝化、程序化的道路。這樣做的好處是不言而喻的，它使得同種型號的拋石機所需的部件相同，制成后的形狀大小也相同，這樣可首先制造出拋石機的每個部件，再組裝好，有利于大規(guī)模的生產(chǎn)，在維修時也方便。同時，在嚴(yán)格的工藝程序要求下，也能保證每架拋石機的質(zhì)量。更可視每場戰(zhàn)役的不同之需選擇不同種類的拋石機，以適合戰(zhàn)斗的要求。宋代拋石機所用砲彈更是有著嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，是根據(jù)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)加工的形狀大小有固定要求的石彈，不同種類的拋石機配以不同的砲彈，大量的統(tǒng)一規(guī)格的砲彈事先制成，既有利于大規(guī)模戰(zhàn)斗的需要，也使得拋石機的打擊更精確，射程更遠(yuǎn)，從而增加了威力。
過去拋石機的拋竿大都是由一根木柱制成，這樣拋竿承重量有限，也容易斷裂，這就使得拋射物的重量受到限制，從而削弱了拋石機的威力。也不耐長期的使用。宋代的拋石機的拋桿由單梢向多梢化方向發(fā)展，出現(xiàn)了雙梢砲、五梢砲、七梢砲。古代炮梢最多可達(dá)13梢。這些梢是根據(jù)所拋射石彈的重量增加而增加，由數(shù)根經(jīng)過特殊加工的長木捆在一起。這種復(fù)合梢既堅固又富有彈性，可極大增強耐重力。原理上是梢越多，所拋射石彈就越重，拋石機的威力也就越大。復(fù)合梢的出現(xiàn)是一種創(chuàng)新，它能將更重的砲彈射至更遠(yuǎn)的目標(biāo)，極大地增強了拋石機的打擊威力。
火藥武器于最初出現(xiàn)之時，就與拋石機自然地結(jié)合起來，利用拋石機作為它發(fā)射的載體。因為早期的發(fā)射藥武器主要是直接利用火藥本身的燃燒或爆炸威力去打擊對方，這樣在施放時如雙方距離太近容易損傷自己，而利用拋石機則解決了這一問題，拋石機可將火藥彈拋向遠(yuǎn)方去打擊敵人的目標(biāo)，這樣可充分發(fā)揮出火藥武器的威力又不傷害自身。拋石機也由單純依靠石彈重量的砸擊破壞發(fā)展到發(fā)射藥彈燃燒爆炸的破壞。
宋元時期，拋石機的射擊瞄準(zhǔn)方法發(fā)生了轉(zhuǎn)折性的變化，由直接瞄準(zhǔn)變?yōu)殚g接瞄準(zhǔn)，即定放技術(shù)。早期拋石機在攻守作戰(zhàn)時，都是將拋石機直接安放在敵方陣地之前，這樣容易遭到對方的直接攻擊，打擊對方之時也要躲避對方的打擊。大大降低了拋石機的作戰(zhàn)效果。1126年開封市失守后，陳規(guī)提出“守城之砲不可安在城上”，陳規(guī)指出將砲架設(shè)于敵人不能目視之隱蔽地，由一個觀測員觀測砲彈所落之地來指揮砲手修正以達(dá)到精確射擊的方法就是間接射擊，所用的是定放技術(shù)。這增強了拋石機的隱蔽性，也提高了射擊的精度，是一種有效的射擊方法。在現(xiàn)代炮兵中，這種方法已成為唯一的射擊法則。
宋元時期中國傳統(tǒng)的拋石機是拽索式。元朝軍隊從西域引入的回族砲是配重式。從拽索式到配重式看上去很簡單的一個變化，卻是拋石機發(fā)展中的一次歷史性革新。采用配重式技術(shù)首先解放出大量的操作拋石機的人手，減少了拽手受到對方攻擊的危險；其次它突破了依靠拽索操作所受到的限制，極大提高了拋石機的射程和發(fā)射物的重量，將拋石機所能發(fā)揮的威力提到了最大限度。這種技術(shù)所用的原理與中國古代的桔槔是一樣的，但文獻(xiàn)中卻難以找到它應(yīng)用于拋石機的記載。直到宋末襄樊保衛(wèi)戰(zhàn)時，這種配重式技術(shù)才通過回族砲為人們所知。它的威力超過了以往的拽索式拋石機，終元一代，在戰(zhàn)場上發(fā)揮了巨大的威力。
明衰亡時期
元末明初的群雄戰(zhàn)爭里，盡管發(fā)射藥已廣泛用于軍事，但拋石機作為傳承千年的攻城利器，仍然占有一席之地，直到明代管狀火器在軍隊中普及后，各種重型火統(tǒng)、火炮才取代了拋石機在城池攻防戰(zhàn)中的地位。
在國外的發(fā)展史
彈力拋石機的發(fā)明
在最早的遠(yuǎn)程機械武器，即腹弓（gаstrарhetes），出現(xiàn)的同時，古希臘人對這類武器的大型化改進(jìn)即已開始。對于隨后出現(xiàn)的大型弓體式遠(yuǎn)程武器，一位較早的機械工程學(xué)者比冬（Biton）提供了非常詳細(xì)的相關(guān)記載。大約在公元前240年，比冬為帕加瑪（Pergаmon）王阿塔羅斯一世（Аttаlos Ⅰ，公元前241年-前197年在位）撰寫了一本機械武器制造手冊。
比冬的論文所涉及的機械武器主要有6種，除兩種大型建筑類近程攻城機械之外，其余4種皆為弓體式遠(yuǎn)程武器，亦即弩炮。其中兩種為發(fā)射箭矢的弩炮，另兩種為發(fā)射石彈的弩炮。4種弩炮依照能量由小到大依次為山地腹弓、中型腹弓、“卡戎”（Chаron）拋石機和“伊西多魯斯”（Isidorus）拋石機。這4種武器的結(jié)構(gòu)與能量差異主要是出于不同的戰(zhàn)術(shù)需要。根據(jù)學(xué)術(shù)界的主流觀點，它們出現(xiàn)的時間可大致限定在公元前4世紀(jì)中前期。因此，在腹弓出現(xiàn)后不久，古希臘人就盡可能發(fā)掘腹弓的機械結(jié)構(gòu)潛力，設(shè)計制造出種類繁多且威力遠(yuǎn)勝于單兵腹弓的遠(yuǎn)程機械武器。
已知第一種成熟的拋石類弩炮為“卡戎”拋石機。這類拋石機的結(jié)構(gòu)和功能都與發(fā)射箭矢的弩炮有別，比冬稱其為“拋石器”，強調(diào)其不屬于箭矢類武器。“卡戎”拋石機是馬格尼西亞的卡戎（Chаron of Mаgnesiа）為羅德島（Rhodes）設(shè)計的重型遠(yuǎn)程武器。伊西多魯斯”拋石機是由阿拜多斯遺址的伊西多魯斯（Isidorus of Аbуdos）為帖撒羅尼迦（Τhessаlonicа）——即今希臘北部塞薩洛尼基（Sаlonikа）港——設(shè)計的重型遠(yuǎn)程武器。
扭力拋石機的出現(xiàn)
至公元4世紀(jì)，古羅馬人發(fā)明了第一種外形更符合現(xiàn)代人想象的拋石機-扭力拋石機。處于中后期的羅馬帝國開始大量裝備拋石機。曾在羅馬軍團中擔(dān)任軍官、參加過多場戰(zhàn)役的阿米亞努斯·馬塞里努斯（Ammianus Marcellinus）在其著作《歷史》記載了羅馬帝國軍隊所使用的駑炮、拋石機、攻城車、活動攻城塔等攻城機械，他多次提到“駑炮的全部力量來源于扭力”，即指古羅馬時期出現(xiàn)的扭力拋石機。
相比中式拋石機，扭力拋石機的器械設(shè)計較為復(fù)雜，使用時先以絞盤將彈射桿拉至接近水平的位置，在“勺子”或皮彈袋處放進(jìn)彈丸，松開絞盤繩索后，彈射桿便會恢復(fù)到垂直位置，產(chǎn)生的強力會將彈丸迅速射出。這種扭力拋石機精準(zhǔn)度一般，但有彈道低、彈速快等特點，更適用于野戰(zhàn)。
配重式拋石機的發(fā)明
發(fā)展至11世紀(jì)至12世紀(jì)，東地中海地區(qū)出現(xiàn)了一種新型拋石機——配重式拋石機。這種拋石機一端裝置重物，另一端裝待發(fā)射的石彈，發(fā)射之前，將放置彈藥的一端用絞盤、滑輪或直接用人力拉下，準(zhǔn)備就緒后放開或砍斷繩索，利用重物迅速下墜的勢能，所產(chǎn)生的巨大力量也會將石彈順勢拋出。從作戰(zhàn)功效來看，配重式拋石機的精度、發(fā)射頻率都要勝過人力牽引式杠桿拋石機，但其缺點是制作復(fù)雜，一旦完成后就不易改裝。在歐洲中世紀(jì)戰(zhàn)爭里，配重式拋石機以令人恐怖的精度而聞名。
到13世紀(jì)末，工程師們已經(jīng)制造出了許多種配重式拋石機。它們的工作原理大同小異，只在如何安裝配重物方面有所不同。曾在1280年左右為法王“美男子”腓力（Philip the Fair of Fance）撰寫《治國論》（De Regimine Principum）一書的埃吉迪奧.科隆納（Egidio Colonna），曾在著作中介紹了幾種不同的配重式拋石機。第一種采用了固定式配重，其杠桿前端安裝有一個裝滿沙土、石塊或鐵塊的木箱。第二種安裝配重物的方式被科隆納稱為“移動式”（Biffa），工程師可調(diào)節(jié)配重的安裝位置，使其更加接近或遠(yuǎn)離杠桿前端，從而控制拋石機的射程。第三種拋石機既有安裝在長桿前端的固定式配重，也有能夠沿長桿前后滑動的移動式配重。這種投石機被稱為“三腳式”（Tripantum），其實際射擊時的威力和精度要比前面的兩種更加出色。
到14世紀(jì)中期，有的配重式拋石機已能拋射將近454千克重的彈體。宋元易代之際，在襄陽之戰(zhàn)發(fā)揮巨大作用的“回回炮”，很可能就是這種配重式拋石機，同時它也代表著拋石機發(fā)展史上的最高水準(zhǔn)。
分類
拋石機可以分為人力拋石機、彈力拋石機、扭力拋石機和配重式拋石機四個大類。
人力拋石機
人力拋石機亦稱牽引拋石機，最早出現(xiàn)于中國戰(zhàn)國時期，北周和隋唐傳入國外。人力拋石機是純利用人力的拋石機，操作時要多人一同拉下杠桿的一邊拋射另一邊的石彈。據(jù)記載，最多曾有七個炮梢裝在一個炮架，需250人施放。人力拋石機的運用意味著要消耗大量的人力資源。
彈力拋石機
彈力拋石機又稱床弩、弩炮、射箭機，古希臘時期即有投入使用。主要依靠弓弦的彈力來拋射，除了發(fā)射大型箭也可以發(fā)射石彈，可以說是機械弓弩的超大加強版。彈力拋石機具有強大的威力，性能良好的彈力拋石機能夠?qū)⒓s合26千克重的石彈拋出2800米開外。希臘人在彈力拋石機的研制方面幾乎傾注了全部智慧，其設(shè)計的彈力拋石機帶有堅固的支架，讓其威力、穩(wěn)定性、協(xié)調(diào)性發(fā)揮到了極致。
扭力拋石機
扭力拋石機又稱石弩、投石車、彈射器。在古希臘、古羅馬時即有使用，主要依靠扭絞繩索產(chǎn)生力量彈射。彈射時，先用絞盤將彈射桿拉至接近水平的位置，在“勺子”或皮彈袋里放進(jìn)彈丸，松開絞盤繩索后，彈射桿便會恢復(fù)到垂直位置將彈丸射出。中世紀(jì)時它的主要作用是在攻城中破壞敵人的防御設(shè)施，或者壓制城內(nèi)的部隊。相比于配重式拋石機，扭力拋石機的準(zhǔn)確性更差一些，但是其彈道更低、彈速更快，其特性也決定了它適合野戰(zhàn)。
配重式拋石機
配重式拋石機又名回回炮、平衡重錘投石機、重力拋石機，從人力拋石機發(fā)展而來，最早出現(xiàn)在歐洲，南宋時期隨蒙古傳入中國。最大號的配重式拋石機，其桿臂長度接近50英尺（15.24米），配重達(dá)到2萬磅（9.07噸），能夠?qū)?00-300磅的石彈投射出300碼遠(yuǎn)（274米）。配重式拋石機一端裝有重物，另一端裝有待發(fā)射的石彈，發(fā)射前將放置彈藥的一端用絞盤、滑輪或直接用人力拉下，放好石彈后放開或砍斷繩索，石彈也順勢拋出。擲彈重量由配重控制，威力幾乎沒有上限，限制因素只有器械本身的強度和操作的要求。到了14世紀(jì)中期，有的配重式拋石機能拋射將近1000磅（約454公斤）重的彈體，威力巨大。
結(jié)構(gòu)原理
人力拋石機
人力拋石機基本都由炮架、炮梢即拋射杠桿、拽索、安置大石與火球用的甩兜構(gòu)成。炮架是基座，有多種形式。通常用粗長的圓木或方木制成。炮架的上部都安有能在軸座上轉(zhuǎn)動的橫軸。炮梢用一根堅硬的大木制作，與橫軸構(gòu)成“十”字形，頭部較短，后部較長，分別成為拋射杠桿的短臂和長臂。拽索系于炮梢的頭部，從十幾根至上百根，炮梢的尾端安有鐵質(zhì)的兩個分叉尖刺，形如毒蝎之雙尾。甩兜的一端用兩根繩索系于炮梢的尾部，可放石塊或火球。甩兜的另一端也系扣兩根繩索，繩索的末端各有一個鐵環(huán)，分別套在兩個鐵蝎尾（即尖刺）上，以便將甩兜中的石塊或火球懸吊起來。拋射時，用眾多士兵猛拉炮梢的頭部，兩個小鐵環(huán)同鐵蝎尾脫離，甩兜中的石塊或火球，因受突發(fā)力的作用而作離心拋射。需要向高處仰射時，就將炮的前腳墊高；如向低處俯射時，便將炮后腳墊高。待瞄準(zhǔn)定位完畢，把石彈放入炮桿后面的彈窠內(nèi)。然后，根據(jù)目標(biāo)遠(yuǎn)近確定拽炮索人數(shù)，遠(yuǎn)則人多，近則人少。最大的拋石機可拋射100斤重的石彈或火器，射程達(dá)50步以外。拋石機可高達(dá)4米、寬5米，將近2噸重。拋石機的機架兩支柱間有固定橫軸，上有與軸垂直的杠桿，可繞軸自由轉(zhuǎn)動。杠桿短臂上固定一個重物，長臂末端有彈袋（類似投石帶的套子），用于裝彈。發(fā)射時，用絞車把長臂向后拉至幾乎水平，突然放開，石袋即迅速升起。當(dāng)短臂重錘完全落下時，投射物從彈袋中沿約45度角飛出。拋石機威力不小，最遠(yuǎn)可將石彈拋至200米遠(yuǎn)，一般用于城池的攻守，在火炮發(fā)明以前，這種拋石機就是最重型的遠(yuǎn)射武器，可以說就是炮的“原型”。
彈力拋石機
彈力拋石機又稱彈弩，它基本上由炮架、彈射裝置、彈射槽和底座等部分構(gòu)成。拋石機威力不小，30公斤的石彈射程約140-210米，100公斤的石彈射程約40-70米。炮架由兩根水平橫桿組成，橫桿被四根堅硬的垂直木條隔開，炮架被牢固地放置在底座上。這樣炮架就形成了三個窗口，彈射槽穿過中間的一個窗口，旁邊二個窗口的外側(cè)支撐桿上各系著一束稍微扭絞著的垂直繩索。在扭絞著的繩索中插兩根堅硬的木梢，然后同另一根結(jié)實的弓弦綁在一起。用很大的拉力將弓弦安放在彈射槽中彈射物（通常為投槍）的后面，然后撥動扳機裝置將彈射物彈出。
扭力拋石機
扭力拋石機是典型的靠扭力發(fā)射的拋石機，由地上的堅固沉重的長方形框架，一根直立的彈射桿，頂上裝有橫梁的兩根結(jié)實的柱子構(gòu)成。彈射桿的下端插在一根扭絞得很緊的水平繩索里，繩索綁在長方形框架的兩端，正好位于支撐架下面的位置。平時繩索使彈射桿緊緊頂牢支撐架上的橫梁。彈射桿的頂部通常做成勺子的形狀，有時在彈射桿的頂端裝一皮彈袋。彈射時，先用絞盤將彈射桿拉至接近水平的位置，再在“勺子”或皮彈袋里放進(jìn)巖石或其他種類的彈體。當(dāng)用扳機裝置松開絞盤繩索時，彈射桿便以很大的力量恢復(fù)到垂直位置，并與橫梁撞擊，產(chǎn)生的慣性力便將彈體以弧形軌道彈向目標(biāo)。羅馬士兵將這種機械稱為蒙古野驢，表示彈射桿撞擊橫梁時長方形框架的后端向上提起的樣子就像驢子“彈跳”一般。
配重式拋石機
配重式拋石機與拽索式拋石機（人力拋石機）在外形上并無很大區(qū)別，二者主要的不同是拋竿一端的拽索改為一個配重體。這個配重體由一個絞盤裝置或其它裝置控制，作戰(zhàn)時用絞盤將配重體升起，裝好砲彈，然后松動絞盤，配重體迅速下墜，砲彈被猛力拉起，拋竿在瞬間由橫立變成垂直，與架拋竿的橫木相撞擊。在一個強大的慣性力作用下，砲彈射向遠(yuǎn)處的目標(biāo)。這種配重體的優(yōu)點是節(jié)省了大量用來拽索的人力，在作戰(zhàn)時能極大縮小被對方攻擊的目標(biāo)，從而減少損失，提高了攻擊效果。另外，由于采用配重體，從而突破了拽索手的限制，能將拋射物的重量提高到盡可能大的程度，在射程上也超過了一般的拽索式拋石機。
實戰(zhàn)應(yīng)用
官渡之戰(zhàn)
建安五年（公元200年），曹操、袁紹兩軍相持于官渡，展開漢末亂世的第一場大決戰(zhàn)-官渡之戰(zhàn)。當(dāng)年八月，袁軍主力接近官渡區(qū)，依沙堆立營，人力物力皆占優(yōu)勢的袁紹軍迅速修建樓櫓，堆土如山，形成居高臨下的態(tài)勢，而后利用地理優(yōu)勢向曹軍營地放箭，密集的箭雨形成一道密集的網(wǎng)，導(dǎo)致曹軍不得不“蒙楯而行”。處于被動態(tài)勢的曹操忙召集謀士商議對策，前一年剛投奔到曹營的劉曄獻(xiàn)上一計，他認(rèn)為要破袁紹箭雨封鎖網(wǎng)，非重型武器拋石機不可。于是曹操急令營中秘密制作“發(fā)石車”數(shù)百架，而后隱蔽于營中各部，將發(fā)石車瞄準(zhǔn)目標(biāo)。一切就緒，隨著曹操一聲令下，數(shù)百架拋石機同時打向袁紹軍所建樓櫓，一舉摧毀袁軍的樓櫓。拋石機發(fā)動攻擊時發(fā)出巨大聲響，如同雷霆霹靂，令袁紹軍肝膽俱裂，他們將這種恐怖的武器稱之為“霹靂車”。
襄樊保衛(wèi)戰(zhàn)
1267年，中國歷史上持續(xù)時間最長的一場保衛(wèi)戰(zhàn)在襄樊拉開序幕，元朝軍隊進(jìn)攻襄樊，并在次年將之包圍。襄樊由位于漢江兩岸的襄陽市和樊城區(qū)組成。在戰(zhàn)略位置上極其重要，曾是南宋抗金名將岳飛的駐地。城墻堅固，物資儲備豐富，元宋在此形成了長期的膠著狀態(tài)。元軍主帥來自西域的畏兀兒人阿里海牙于是向孛兒只斤·忽必烈建議從西域征回族砲手來助戰(zhàn)。來自西域的亦思馬因和阿老瓦丁進(jìn)獻(xiàn)了回回砲。亦思馬因被派往襄樊戰(zhàn)場上。當(dāng)時樊城宋軍在城前樹立柵欄，進(jìn)行頑強抵抗，亦思馬因到襄陽市后，用回回孢發(fā)射火藥彈，燒毀柵欄，失去屏障的樊城很快被元軍攻陷。然后，亦思馬因把他的回回砲轉(zhuǎn)移到襄陽城東南角，在猛烈的砲彈射擊后，襄陽市守將呂文煥自知襄陽難保，加之元將阿里海牙的再三勸降，遂于1273年投降元朝。至此襄樊保衛(wèi)戰(zhàn)以元軍的勝利落下帷幕。在元朝統(tǒng)一中原地區(qū)的戰(zhàn)爭中，回回砲發(fā)揮了重大的作用，在某些戰(zhàn)役中，甚至是決定性的。
國外戰(zhàn)爭
古代西方拋石機也是主要進(jìn)攻手段之一，波斯人希臘人都曾經(jīng)大量使用它。中世紀(jì)時歐洲的拋石機動輒發(fā)射數(shù)百公斤的石彈，規(guī)模比中國的大得多。土耳其人攻占伊斯坦布爾市的時候，為了對付數(shù)米厚的巨石城墻，蘇丹下令建造了人類歷史上最大的拋石機，可以發(fā)射數(shù)噸的巨石。
史書記載
《墨子.備城門第五十二》中記載：“諸籍車皆鐵什，籍車之柱長十七尺，埋者四尺，夫長三丈以上，至三丈五尺，馬頰長二尺八寸，試籍車之力而為之困，夫四分之三在上。籍車夫長三尺，四二三在上，馬頰在三分中。馬頰長二尺八寸，夫長二十四尺，以下不用。”文中所說的籍車，就是那個時期的拋石機。
唐人李筌所著《神機制敵太白陰經(jīng)》卷四《攻城具篇》中將拋石機稱為砲車：“砲車，以大木為床，下安四輪，上建雙陛，陛間橫栝，中立獨竿，首如桔槔狀，其竿高下長短大小，以城為準(zhǔn)。竿首以窠盛石，小大多少，隨竿力所制。人挽其端而投之，其車推轉(zhuǎn)逐便而用之，亦可埋腳著地而用。其旋風(fēng)、四腳，亦隨事用之。”
宋人曾公亮、丁度所著《武經(jīng)總要》中記載的拋石機：“大木為床，下施四輪，上建獨竿，竿首施羅匡。木上置砲梢，高下約城為準(zhǔn)。推徙往來，以逐便利。其施放及用物一準(zhǔn)常砲法。”
影響
自拋石機于先秦時期步入戰(zhàn)爭舞臺以來，在兩千余年的時間里，它在中國古代戰(zhàn)爭史上扮演了重要角色。拋石機巨大的威力，使得堅固高聳的城墻不再成為不可逾越的障礙。它的應(yīng)用加速了戰(zhàn)斗的進(jìn)度，進(jìn)而縮短了戰(zhàn)役的周期。從長遠(yuǎn)影響上來講，它甚至改變了中國古代戰(zhàn)爭的面貌。拋石機的應(yīng)用改變了以往戰(zhàn)斗的形式，相應(yīng)地，有關(guān)的防御技術(shù)也必然得到發(fā)展，這促進(jìn)了中國古代戰(zhàn)具技術(shù)的進(jìn)步。而這種進(jìn)步也必然會對其它技術(shù)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。
發(fā)射藥應(yīng)用于戰(zhàn)爭之后，拋石機充當(dāng)了其遠(yuǎn)投載體的作用。二者結(jié)合發(fā)展，既為拋石機的發(fā)展注入新的因素，又促進(jìn)了火藥武器技術(shù)的進(jìn)步。并直接啟迪了后世火炮的產(chǎn)生。在古代兵器時代，拋石機的作戰(zhàn)優(yōu)勢，不亞于火炮在近代戰(zhàn)爭中的作戰(zhàn)優(yōu)勢。它的廣泛應(yīng)用改變了古代戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)面貌，促進(jìn)了古代戰(zhàn)具技術(shù)的進(jìn)步。拋石機在中國古代軍事史與技術(shù)史上都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
參考資料 >
投石機的設(shè)計與原理探究.四川科技報.2024-08-08