火炮,是指利用機械能、化學能(火藥)、電磁能等能量拋射彈丸,射程超過單兵武器射程,由炮身和炮架兩大部分組成,口徑不小于20毫米(0.78英寸)的身管射擊武器。
火炮起源于中國,至今已有千年歷史。宋朝時,魏勝于1163年發明了火石炮(霹靂炮),是最早的身管火炮。現存最早并有明確紀年的火炮出土于內蒙古錫林郭勒盟正藍旗達特淖日地區的元大德二年(1298年)火炮。元末明初出現了現代火炮的雛形——碗口銃[chòng],并且之后通過絲綢之路將火炮技術傳播到了西方,后在文藝復興時期迅速發展。在古代,火炮因為體型龐大,靈活性差,只被當作一種攻城掠地的武器。
火炮在戰場上能夠迅速提供長時間、大面積、高殺傷的火力輸出,通過利用戰略運輸機運輸或武裝直升機吊運,可以使火炮擁有極強的機動性。同時許多現代火炮都搭配了精確制導、激光測距等先進的火控系統,大幅提高了打擊精度。低廉的成本和簡單的維護需求也使得火炮成為了各國軍隊最喜歡的武器之一。
火炮與先進的偵察、指揮、通信、運載手段以及高性能彈藥結合在一起,形成了全新的火力打擊系統。高新科技的應用和液體發射藥火炮、超電磁炮等新概念火炮的出現,都將引起火炮領域的重大變革。
概述
火炮自動武器是當今世界各國軍隊陸、海、空裝備數量最多,使用最頻繁的武器種類,具有毀傷威力大、持續戰斗力強、抗干擾能力強、目標特征小、攻防性能兼備、反應速度快、操作維護簡易、可靠性好、造價低廉、彈藥種類豐富等特點,是其他任何武器不可替代的,在現代及未來戰爭中具有舉足輕重的作用。隨著高新技術在戰場上的大量應用,戰爭形式在不斷發生變化。未來戰場對火炮的戰術技術性能提出新的要求,促使火炮領域發生深刻的變化。各國在發展火炮自動武器的過程中,均以提高其射程、射速、威力、精度、快速反應能力和生存能力等綜合作戰性能為目標,將高新技術應用于常規武器,大幅度提高其戰術技術性能,使軍隊作戰能力成倍增長。
火炮是一種口徑在20mm以上(含20mm),以發射藥為能源發射彈丸的身管射擊武器。火炮可對地面、水上和空中目標射擊,用以殲滅、壓制有生力量和技術兵器,摧毀各種防御工事和其他設施,擊毀各種裝甲目標和完成其他特種任務。火炮通常由炮身和炮架兩大部分組成。炮身由身管、炮尾、炮門等組成。身管是炮身的主體,用來賦予彈丸初速和飛行方向;炮尾用來盛裝炮門;炮門用來閉鎖炮膛、擊發炮彈和抽出發射后的藥筒。現代火炮大多采用半自動炮門,有的采用自動炮門。發射時,裝在炮門內的擊針撞擊炮彈底火,點燃發射藥,產生大量高壓燃氣,推動彈丸以極大的加速度沿炮膛向前運動。彈丸離開炮膛瞬間獲得最大速度,并沿著預定彈道飛向目標。炮架由反后坐裝置、搖架、上架、方向機、高低機、平衡機、瞄準裝置、下架、大架和運動體等組成。反后坐裝置包括駐退機和復進機。駐退機用來消耗炮身后坐能量,使炮身后坐至一定距離就停止;復進機在炮身后坐時貯蓄能量,后坐終止后使炮身復位。搖架是炮身后坐復進的導軌,裝在上架上借助高低機作垂直轉動。上架裝在下架上借助方向機作水平轉動。高低機和方向機使炮身在高低和方向上轉動,結合瞄準裝置使炮身向目標。瞄準裝置由瞄準具和瞄準鏡組成,用來定射擊諸元,供火炮實施瞄準。平衡機使高低機操作輕便。下架、大架和運動體用來支撐火炮,行軍時作為炮車。
發展歷程
淵源
火藥是中國古代四大發明之一,火藥發明后,很快被用于戰場,唐末的軍閥混戰中就有人使用“飛火”。北宋《武經總要》記載了當時火藥的配方,爆炸要用到的硝石含量很低,倒是各式助燃劑如油、松脂、瀝青的含量很高,可見此時的火藥在戰爭中的作用是燃燒彈而非炸彈、子彈,此外,這時的火藥有時候還會加入砒霜來燃燒,讓敵軍中毒,可以說是世界上最早的化學武器。整個唐代和北宋,中國的火藥常用來制作燃燒武器,如火藥箭、火鐵蒺藜、火毬、毒藥煙球、火炮(裹了火藥的炮石,由投石車拋射)等,都是燃燒性火器,其中宋初馮繼升研發的火藥箭利用火藥燃燒的后坐力來推射箭矢,堪稱是今天火箭的雛形。
宋元
宋金對峙的時代,因為宋金之間戰爭頻繁,雙方分別發明新火器輔助作戰,中國火器獲得巨大發展。宋將陳規發明了火槍,雖然此時其作用接近噴火器而非槍械,但管形竹筒的設計為槍械準備了條件;宋將魏勝發明了安裝火槍的“如意戰車”,用畜力拖動。南宋給所有戰船都安裝投擲火炮(燃燒彈)的拋石機,完顏亮侵宋時,宋將李寶率水軍奇襲金軍的北洋水師基地陳家島,就是利用火箭、火炮等燃燒火器全殲規模巨大的金軍舟師,可以說此時中國的水戰武器也達到了“希臘火”的水平,南宋炮船可以算世界上最早的炮艦。金朝則發明了世界上最早的大炮——攻城用的鐵火炮;比竹竿火槍燃燒效果更佳的飛火槍,堪稱單兵噴火器;還有用鐵罐裝發射藥制成的震天雷,點火后扔出去,聲音嚇人,炸裂的鐵罐碎片對四周濺射傷害,可謂世界上最早的炸彈。
宋蒙戰爭中,宋人又發明了最早的槍械——竹制的突火槍,發射子彈殺敵,最遠可到一百五十步,元代則將突火槍從竹制改為金屬制,打造出金屬火銃,到了元末,已經在軍中普及開來。不過直到元初,中國的火器仍是以燃燒性火器為主。從南宋到元代,中國火器基本上涵蓋了直到現代仍在使用的所有門類的熱兵器。不過,伊斯蘭世界很快就學會了各種門類的中國火器,在研發上甚至更勝一籌,傳到歐洲之后,歐洲火器更是飛速發展,把世界其他部分遠遠甩開。
中外學者公認的“世界最早火炮”,過去僅能從照片上一睹尊容的銅碗口火銃,2004年8月25日,在北京大學文博學院博物館首次亮相。銅碗口火銃是元朝時期的100多件精品文物之一,首次面世的還有極為珍貴的蒙古文字實物。盡管歷經滄桑,但保存基本完好的銅碗口火銃長34.7厘米,重6210克;銃口部外移,略呈碗形;既可便利地架設,又可準確瞄準。銃身豎刻兩行八思巴字銘文:“大德二年于迭額列數整八十”。“大德”是元成宗鐵穆耳的年號,大德二年即1298年,表明這件中國元代的銅火銃是世界上最早的火炮,同時也表明擁有世界四大發明的中國,同樣是最早把火藥用于火器的國家。
明清
女真人在明軍的紅夷大炮下連吃苦頭之后,自行開發火炮,加上投降的明軍炮隊以及歐洲傳教士的指導,其火炮運用一度領先東亞。不過,隨著滿清向明朝學習,走向閉關鎖國,這些可喜的變化也漸歸沉寂。1724年,雍正帝驅逐傳教士,清代引進西洋科技的步伐大幅減緩,1776年,愛新覺羅·弘歷平定大小金川后,達成十全武功,認為海內無事,為防止火器流入民間,大量銷毀戰爭中趕制的火器,中國火器革新的步伐至此戛然而止。
清朝康熙帝對準噶爾汗國火器“贊巴拉克”的性能感到驚異,雍正帝時期更是大規模仿造,給清軍裝備,日后發展為抬槍。而這種“贊巴拉克”也就是駱駝載的小黃蜂炮,不過在康熙帝之前三四百年的馬穆魯克王朝發明的過時武器,雖然在波斯、中亞的地理環境中仍有一定的獨特作用,但比西歐先進火炮已經落后了好幾個時代。
現代
火炮是陸軍的重要組成部分和主要火力突擊力量,具有強大的火力、較遠的射程、良好的精度和較高的機動能力,能集中、突然、連續地對地面和水面目標實施火力突擊。主要用于支援、掩護步兵和裝甲兵的戰斗行動,并與其他兵種、軍種協同作戰,也可獨立進行火力戰斗。炮兵在歷史上有“戰爭之神”的稱號。
火炮自問世以來,經過長期的發展,逐漸形成了多種具有不同特點和不同用途的火炮體系,成為戰爭中火力作戰的重要手段,大量地裝備了世界各國陸、海、空三軍。在現代立體化戰爭中,火力仍然是戰斗力的核心,火炮——戰場上的火力骨干,以其火力強、靈活可靠、經濟性和通用性好等優點,已成為戰斗行動的主要內容和左右戰場形勢的重要因素。火炮既可摧毀地面各種目標,也可以擊毀空中的飛機和海上的艦艇。因此,作為提供進攻和防御火力的基本手段,火炮在常規兵器中占有鞏固的地位。
火炮的發展受到社會經濟能力和科學技水平的制約,同時也受到軍事戰略和戰術思想的支配。第二次世界大戰以來,科學技術的飛快進步,特別是微電子、計算機、光電子和新材料等技術的發展,是火炮在設計、制造和使用方面有了一系列變化,大大加快了火炮更新換代的步伐。現代火炮早已不是單純的機械裝置,而是與先進的偵察、指揮、通信、運載手段以及高性能彈藥結合在一起的完整的武器系統。因此,從不斷發展的戰略、威力、反應速度和機動能力在內的綜合性能,是火炮系統發展的必然趨勢。近年來,高新科學技術在兵器領域的應用,引起火炮技術的重大變革。液體發射藥火炮、機器人火炮、超電磁炮、電熱炮、激光炮等新概念、新理論火炮的出現,將揭開火炮發展史上的新篇章。
分類方式
運動方式
根據運動方式分為自行火炮和牽引火炮。自行火炮的機動性能好,戰場生存力強,能夠及時進行火力支援;牽引火炮結構簡單,易于操作,造價低,維修方便。
炮膛構造
根據炮膛構造分為線膛炮和滑膛炮。線膛炮炮管內刻有不同數目的來福紋,能夠通過使彈丸旋轉有效保證彈丸的穩定性,增加射程;滑膛炮無膛線,具有更高的膛壓,造價也更低。
彈道特性
根據彈道特性分為加農炮、榴彈炮和迫擊炮。加農炮彈道低伸,身管長,初速大,射角一般小于45°,適于打擊裝甲目標、垂直目標和遠距離目標;榴彈炮具有彈道較彎曲、炮身較短、初速較小的特點,最大射角可達75°,主要用于打擊水平目標,作為陸軍主要的支援火器,其適用于打擊隱蔽目標;迫擊炮彈道彎曲,炮身短,初速小,射角為45°-85°,適于打擊掩體后的目標。
用途分類
根據用途分為地面壓制火炮、高射炮、反坦克火炮、坦克炮、航空機炮、艦炮、海岸炮和要塞炮。地面壓制火炮用于打擊地面(水面)目標,高射炮主要用于打擊空中目標,反坦克火炮用于打擊坦克等裝甲目標。航空機炮是戰斗機不可或缺的武器,艦炮被列裝于大小艦艇。海岸炮主要用于海岸防線,要塞炮則常用于陣地戰的要塞中對敵步兵進行打擊。
組成結構
炮身
炮身(線膛炮)是火炮的一個主要部件,它的主要作用是完成炮彈的裝填和發射任務,承受火藥燃氣壓力,賦予彈丸一定的初速和射向。炮身一般由身管、炮門、炮尾和炮口裝置組成。根據炮種特點,炮身上還設有其他裝置。例如,坦克炮的炮身上裝有抽氣裝置和熱護套,一般艦炮炮身上裝有冷卻裝置。炮彈裝人炮膛,被炮門閉鎖,通過擊針擊發,引燃發射藥,在火藥燃氣作用下,彈丸獲得一定的速度。
反后坐裝置
火炮發射時,膛內發射藥燃氣壓力的軸向合力(稱炮膛合力或后坐力)使炮身及其固連部分產生與彈丸行進方向相反的運動,這個動作稱為后坐(recoil)。通常將炮身及與之一起向后運動的構件統稱為后坐部分(recoilingparts)。后坐是射擊中能量守恒定律的體現。后坐能量是隨火炮威力的提高而增加的。因此,在提高火炮威力的同時,妥善處理后坐能量,研究后坐運動規律,是火炮設計中的一個重要內容。
自動機
根據火炮射擊自動化的程度,可將火炮分為自動炮、半自動炮和非自動炮3類。自動炮(automaticgun)是指能自動完成重新裝填和發射下發炮彈的全部動作的火炮。這些動作一般包括:擊發、收回擊針、開鎖、開門、抽筒、拋筒、供彈、輸彈、關門和閉鎖。若上述動作一部分自動完成,另一部分由人工完成,則此種火炮稱為半自動炮(semiiautomaticgun)。若全部動作均由人工完成,則稱為非自動炮(no-automaticgun)。自動炮能進行連續自動射擊,直至射手停止射擊或彈夾(彈厘或彈帶)內的炮彈耗盡(或剩一發)為止,而半自動炮和非自動炮則只能進行單發射擊。
架體
炮架(carriage)是支撐炮身、賦予火炮不同使用狀態的各種機構的總稱。其作用是:支撐炮身、賦予炮身一定的射向、承受射擊時的作用力和保證射擊穩定性,并作為射擊和運動時全炮的支架。炮架的結構隨炮種而異。加農炮、榴彈炮的炮架具有代表性。以現代牽引榴彈炮為例,其炮架包括反后坐裝置、3機(高低機、方向機、平衡機)、4架(搖架、上架、下架、大架)、瞄準具及運行部分(緩沖、調平、制動裝置及車輪)及其他輔助裝置等。迫擊炮只有簡單的架體和承受后坐力的座。無后坐力炮的炮架在射擊時受力很小,結構簡單,質量很小。固定在地面上的海岸炮如安裝于較大基座上的火炮(如高射炮、坦克炮、艦炮、航空炮、自行炮等)的炮架結構與地面炮差別很大。
工作原理
火炮的作用是將彈丸發射到預定的目標上。從生活實踐中可知,要將一個物體拋出一定距離,必須給該物體一定的初始速度和方向。火炮工作也是這個道理,即火炮的主要作用是賦予彈丸一定的射向和初始速度。一般稱火炮的整個工作過程為火炮的射擊過程,而將火炮射擊過程中賦予彈丸初始速度的過程稱為火炮的發射過程。
人類發明火藥以后,火藥的一個重要用途是作為火器的發射能源。傳統火炮就是以固體發射藥(即火藥)作為發射能源。一般是根據設計要求,將火藥制成具有給定尺寸的粒狀或長條狀,通過一定方式點燃后釋放能量,將發射藥的化學能轉化成熱能以及彈丸運動的動能。隨著科學進步和火炮技術的發展,可能會利用液體發射藥、電等新能源作為火炮發射能源。火炮發射一般是使火藥在一端封閉的管形容器(即身管)內燃燒,生成的高溫高壓燃氣膨脹做功,推動被拋射的物體(即彈丸)向另一端未封閉的管口(即膛口)加速運動,在膛口處獲得最大的拋射速度(即初速)。火炮的發射又分為:點火階段、發射藥定容燃燒階段、彈丸加速運動階段、火藥燃氣后效作用階段等幾個主要階段。
火炮發射過程實質上是一個能量轉化過程。火炮依賴的能源是火藥,火藥是一種含能化學材料,既有燃燒劑又有助燃劑,當達到一定的溫度以后就會燃燒。火藥燃燒的速度除與它的化學成分有關外,還與壓力有關,壓力越大燃速越快。火藥燃燒后在容器內生成有一定溫度和壓力的火藥燃氣,化學能轉化為熱能。火藥燃氣在膛內膨脹,推動彈丸飛出膛口,實現了由熱能向動能的轉化,即將有一定質量的彈丸從靜止狀態加速到飛出膛口時獲得一定的線速度和回轉速度(滑膛炮沒有或只有極低的回轉速度)。由于火炮發射過程的時間很短,它的瞬時功率很高,但熱損失很大,其能量利用率約為16%~30%,遠比其他熱力機械低。
技術發展
隨著各種新技術的軍事化應用程度日漸加深,現代戰爭對火炮提出了新的要求,希望其控制智能化、打擊精準化、毀傷評估實時化。世界各國紛紛開展了這方面的研究。目前,對于傳統火炮的升級主要聚焦在三個方面:
偵察識別
著眼提高火炮的戰場感知和目標偵察識別能力,對火控系統進行升級或者給其配備偵察型無人機、衛星、偵校定位雷達等偵察裝備,從而實現目標精準毀傷。借助無人機提高偵察感知能力,現代火炮可以將無人化偵察裝備與火力打擊裝備集成運用。在指揮控制系統的支撐下,無人作戰平臺憑借其智能性、靈活性、隱蔽性等優點,實現對全縱深目標精確偵察、情報信息實時傳輸和處理、發射指令智能導引火力毀傷目標等。其實質就是通過信息力與火力的復合提高偵察無人機與火炮之間的協同效率,將偵察、指揮、打擊等要素有機融合,縮短目標偵察與火力打擊之間的時間延遲。本世紀初,俄羅斯即展開過相關的探索論證,利用“蜜蜂-1”無人機與“旋風”沖天炮的指揮通信系統等進行有機整合,形成“偵察-打擊-評估-打擊”閉合鏈路。
智能化
圍繞火炮武器系統本身,對發射裝置、指揮通信方式等進行升級改造或加裝智能化平臺設備,提高作戰效率。通過升級指揮控制網絡、戰術數據通信系統等構建一體化射擊指揮體系,不斷改善炮兵部隊互聯、互通、互操作能力,以增強炮兵部隊各作戰平臺之間、作戰平臺與操作人員之間的溝通聯絡,打通炮兵部隊與上級指揮員、其他軍兵種部隊之間的信息鏈路,提高指揮效益和打擊效能。如美國軍隊開發運用了“旅及旅以下作戰指揮系統(FBCB2)”“阿爾法”野戰炮兵戰術數據系統。這些系統既可以與美陸軍指揮控制系統、其他功能領域分系統以及其他軍種的系統進行互聯互通,還可以與英國“貝茨”、法國“阿特拉斯”等其他北大西洋公約組織國家系統跨軍隊互聯互通。另外,美軍M109自走炮A6、M777等系列榴彈炮以及M270多管火箭炮系統式81式122毫米自行火箭炮,也均經過數字化改造升級。
新型彈藥
在彈藥上“做文章”,開發新型彈藥,如智能型精確制導炮彈等。與傳統彈藥不同,新型彈藥能夠借助傳感器技術和先進的制導技術,在自身制導系統的控制下利用目標或者其他導引設施提供的位置信息,修正自身彈道和飛行路線以準確命中目標,提高戰斗效能。比較典型的如法國“凱撒”155毫米車載榴彈炮,被譽為當前世界上最先進的車載榴彈炮之一,不僅具有自動化的導航定位系統、火控系統、數據傳輸系統等,更可發射廣泛的彈種。比如,配備的標準Ogreshell系列子母彈,射程可達35千米,毀傷覆蓋面積能夠達到3公頃,殺傷彈片300余個;配備的低阻遠程全膛底排榴彈ERFB-BB/HE,最大毀傷距離可達50千米。
未來趨勢
在未來戰爭中,各種不同類型的火炮仍將發揮重要作用,隨著現代高技術的迅速發展和生產工藝的不斷改進,未來的火炮在精準度、射程、威力、機動性方面都將會有顯著的提高。
目前不少國家裝備的155毫米口徑的榴彈炮,最大射程大約30千米左右。正在研究的新一代榴彈炮,最大射程將達到40~50千米。為了提高命中目標的精度,許多火炮都配用了計算機,激光測距離等先進的火控系統。有的國家制成裝有激光制導裝置的炮彈,只用1~2發炮彈就可以摧毀16~20千米外的點狀目標。還在研究的末端制導子母彈,1發可以同時命中3個目標。為了提高對大面積的集群目標的摧毀能力,各國研制和裝備了多種性能先進的火箭炮。在提高火炮機動性方面,英美法等國在研究用新材料制成輕型火炮,便于戰略運輸機進行遠距離運輸和直升機吊運。一些自行火炮采用封閉式旋轉炮塔,可以在核生化環境中快速機動,并有良好的浮渡能力。一些牽引式火炮裝有輔助推進裝置,不用車輛牽引就可以在戰場上自行行駛。21世紀的火炮將用電磁能作為發射炮彈的能源,這將是火炮發生重大的革命性變化。
新機理武器系統是火炮未來發展方向,主要是指由現役主戰平臺搭載,利用非傳統殺傷機理摧毀目標的新一代武器裝備,主要包括艦載軌道炮、激光武器和高能微波武器等。由于采用光、電等新型發射與毀傷機理,這類武器普遍具有速度快、精度高、射程遠等特點。進攻時,能夠輕易突破當前的防御體系;防御時,可有效攔截各種來襲飛機、導彈等目標。未來,隨著相關技術進一步成熟,必將對現代戰爭攻防體系、作戰樣式和力量結構產生深遠影響。
作為一種新概念武器,高功率微波武器目前尚處在技術發展向作戰應用的轉化階段,未來將在電子戰、賽博作戰、反隱身作戰等方面具有顯著的優越性。同時,其對人員的非殺傷性使其在未來戰爭中具有廣泛的應用前景。
參考資料 >
發明了火藥的中國,為何明清時火器技術落后了?.今日頭條.2023-11-25
內蒙古發現世界最早火炮.新浪娛樂.2023-11-25
內蒙古發現世界最早的火炮:元代銅火銃 .央視網.2025-05-12
403 Forbidden.中國軍網.2023-11-25
“天下第一火炮”在北大文博學院博物館首次亮相--北方網-新聞中心.北方網.2023-11-25
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