技术和工业革命(公元1800-1900年)·第十九
作者：T·N·杜普伊 ·美国
出自————《现代军事理论》
十九世纪初期的技术和战争
1815年拿破仑失败后的整个世纪里，战争的演变是一场长期的革命，它由政治、经济、社会多种力量所创造和支持，技术进步只是其中的一种力量，但在许多方面它的影响最为深远和引人瞩目。在技术领域里，诸如冶金、化学、弹道学和电子学方面的进步是军事变革的突出因素，但还不是全部因素。这场变革中的武器，大量生产的各种工具和标志新工业文明的消费品，都是机器产品，而机器本身就是机械学和工程学的革命性创造。没有机械学和工程学，对于金属和能源的新知识将如2000年前希腊的科学发明一样贫乏。
整个十九世纪，新科学技术的军事应用落后于其他方面的应用是一个特点。迟至1860年，实际服役的舰炮与三个世纪前使用的大炮在主要方面并无区别。例如，英国皇家海军1840年装备的最重的68磅级滑膛炮，基本上和伊丽莎白女王时代的海军炮一样笨重而且后坐猛烈，只能作为最大战舰的旋座火炮。当然，上述几世纪中(尤其后一世纪)在铸铁质量、火药配料、镗孔精度方面的许多精心改进是不容忽视的，但是炮战和造炮的基本原理依然如故。
然而，伟大的变革正在蕴酿之中，事实上，当时许多改革虽然尚未应用于陆、海军的制式装备，但已经进行了试验并为人们所熟知。1863年以前，现代海军炮的基本原理，在当时的军械制作中实际上已经采用， [ 注：见贝纳德·布罗迪著《机器时代的海军》，普林斯顿1941年版，第198页。 ] 在其他材料种类和陆战武器方面已出现了同样重要的变革。随即出现了四分之一世纪左右的发展平静时期，此时陆军和海军则努力吸收新技术。
十九世纪早期的武器和战术
到拿破仑战争结束，在滑膛前装炮支援之下，相互结合的燧发枪和刺刀是战场上占有支配地位的武器。火炮比燧发枪在射击距离上具有明显的优势，战斗中差不多半数死伤是炮火所致。战斗中陆军是成线式防御或以火力进攻，进攻时队形有较大纵深(所谓纵队)。这种战术体系到1820年时大约已有200年的历史。在线式防御条件下，到拿破仑时代以前，整个有生力量的伤亡比例从三十年战争的胜方15%、败方30%降到法国革命时的9%和16%。拿破仑后来在未作充分准备的情况下，坚持或容忍了纵队进攻，使伤亡率突然上升到15%和20%。但在拿破仑以后的几次小战斗中，运用线式战术，伤亡率比法国革命时还低。这意味着，所用武器的杀伤力和持该武器士兵的线式战术效能之间已经趋于平衡。
墨西哥战争是美军以滑膛枪运用线式战术对抗情况与之相同的对手的最后一次战争，那次战争中有关伤亡的经验开创了具有重大意义的世纪 [ 注：吉尔伯特·W·毕比和迈克尔·E·德巴基所著《战斗伤亡》(伊利诺斯，斯普林菲尔德，查理·C·托马斯出版社1952年出版)。 ] 。表3所指是年度数字，而不是象上面讨论的单个战斗伤亡数字；表3不包括伤兵数字，战斗中一般受伤者约为死亡者的三倍半。
| 。 | ||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||
1858年，美国采用了前装滑膛枪圆锥形子弹，这是美国内战中南北两方使用的标准武器，它的杀伤距离大于当时火炮发射的榴霰弹和圆形霰弹。滑膛炮发射的实心弹或其他炮弹和滑膛步枪发射的圆锥形子弹距离等同，但当时炮弹爆炸后只裂成二三片或四五片，而实心炮弹直接击中目标则极为罕见。
总之，步兵武器和火炮的杀伤力之间的关系已经逆转。从144,000名内战伤亡人员抽样调查，各种武器弹药造成的伤亡数为：
| ： | ||||||||||||||||
|
||||||||||||||||
总而言之，轻武器(大多数是步枪)造成的伤亡占86%，火炮9%，带刃武器5%。
美国内战中双方都用线式战术，许多情况下，是在崎岖地形上作战，部队往往自动散开成为小组，相互掩护作战，这点最为明显。但是为了进攻或者防御，要把士兵作二或三线配置；为加强进攻，象拿破仑时代那样，一个团的阵线之后还要配置一条阵线，以加强进攻队形。这样，一方面步兵武器具有较大的杀伤潜力，另一方面，所用战术都只适应于前代武器，导致双方伤亡增大，与拿破仑时代最残酷的战斗不相上下。然而，当这场战争结束时，虽然缓慢但却是清楚地出现了一种疏散配置的倾向。
从1866年起，西欧的后装步枪是标准装备，步枪射击速度提高了，对野战炮性能的提高似乎是一种补偿。野战炮性能提高，是不久以后采用后膛装填和膛线的结果。这样，在法国-普鲁士战争中，象美国内战一样，步枪子弹造成的伤亡率大约等于火炮的十倍。但这事实的含义起初并未为法、普军队所认识，这点并不比美国内战中南北双方高明多少。或许普鲁士军队能较快适应新的情况，但是直到法普战争结束古斯塔夫·阿道夫的线式战术仍然风行一时。
由于采用来福线和子弹后装的方法，步兵武器的杀伤力大为提高，普鲁士放弃了密集队形白刃冲锋战术，第一次显示了步兵武器杀伤力提高的影响。普鲁士的战斗配置采用了“疏散队形”，所有步兵就是散兵，这和美国前几年内战末期的非正式做法一样。但也有不同之处，德国人认真地吸取了他们十九世纪战争的教训，加上研究了日俄战争，比起同时代各国，效果较好。
科学和技术的背景
为了叙述十九世纪初期军事演变与有关技术的发展情形，必须回顾一下冶金学、化学、弹道学和电子学等领域中基础知识的线索。
已如前述，从公元前1400年以来，铁的出现，熔解矿砂为金属的新技术的发展，影响着武器制造。十六世纪中叶，重型军械铸造技术的发展，为以后两个半世纪的火炮制造奠定了基础。
十八世纪后期，由于欧洲木材资源短缺，锻铁(亦称碳铁)费用上涨，形成了严重问题。为适应需要，就采用了所谓搅炼工艺，就是用长长的钢棒将反射炉中的金属溶液加以搅拌。炉子用焦炭燃烧，这样，不仅使炉面溶液，而且全炉的溶液都能接触空气，从而使脱炭更加彻底，成为可锻铸铁。
用搅拌法生产的锻铁，质量不如炭铁，但价格便宜得多。1829年又前进了一步，即应用鼓风炉本身余气进行预热鼓风，这种发明使得在消耗同等燃料的情况下，搅炼熟铁产量增加到三倍。
还有一种改进是“湿”搅拌法，即在炉膛铺以含有氧化铁的小块炉渣，它与金属中的碳素相化合，在表层之下产生一氧化碳，形成加速脱炭进程泡沸搅动。1720年英国铁产量为20000吨，1806年上升到250000吨，到1850年英国每年可产250万吨，铸铁和锻铁的产量都有增长。
自古以来，炼钢的方法几乎并无根本性改变，仍然是小规模的个体作坊产品。英国所用的基本材料是优质的和价格相等的瑞典条形铁，结果，钢的费用等于锻铁费用的五倍。
约在十八世纪中叶，古代工艺有了第一次意义重大的改进。本杰明·亨茨曼将特种小型粘土坩埚放置在焦碳燃烧的炉膛内加高温，就有一种特殊的熔剂持续地生产铸钢。这种铸钢不含二氧化硅和其他矿渣，成本略低于以其他方法生产的钢材。但遗憾的是这种产品不能焊接，太硬，不合乎某些用途。不过这种技术终究成了谢菲尔德钢铁企业的基础，在欧洲广为传播，被人仿效。就这样直到十九世纪中叶再无显著改进，加上钢材本身的缺陷，制造重型军械时使用这种钢材继续受到限制。
十九世纪上半叶，普鲁士莱茵兰的克虏伯公司，因制造优质铸钢并在该世纪中叶制造了少量钢质火炮而名噪一时。1851年，在英国大博览会上展出的设计先进的模型极为瞩目，证明是未来发展的先驱。克虏伯钢铁的拉力强度相当于铸钢的四倍，锻钢的二倍。但是火炮专家普遍认为这种钢太脆(1847年首批制造的几门克虏伯炮已经爆裂)，所以在废弃更为可靠的铸铁、锻铁、青铜武器方面，意见难以一致，因为恰恰在这时期，火炮的设计制造上在采用传统材料方面开始了一场革命。
通过酸性转炉炼钢法，大批量生产优质钢在费用上与铸铁和锻铁相比不相上下。几乎与此同时，英国西门子兄弟公司发明了一种热再生炼钢法，利用热废气或用劣质煤生产的气体对需进炉的燃料和空气加以预热。以后几年发展的“平炉”法，就是用回热炉熔化混杂有废钢铁的生铁块。以上这些工艺的基本产品是“低碳钢”，比锻铁硬，但比老工艺生产的“泡钢”要软，能作多种用途，如制造钢轨、锅炉钢板、结构钢(造船、建屋、水泥钢筋)以及薄钢板。1856年到1870年之间，钢的价格下降了百分之五十，产量增加了六倍。1863年建造了第一艘钢壳船和第一辆机车。英国从1870年年产钢22万吨，(实际用的全是转炉工艺)，到1900年年产钢490万吨，(其中310万吨用的是平炉法)从上述情况就可得到英国钢铁产量上升的概念。美国1900年的钢铁总产量为1000万吨，德国约800万吨。
随后在冶炼钢铁方面意义重大的发展是特殊应用的合金钢。法拉第早在1819年就制造了铬镍钢，但直到1868年穆谢特才开始制造高碳钨锰合金钢，用这种钢材虽没有淬火技术也能制成高强度工具。1877年法国生产了制造装甲钢板和炮弹的铬钢作为商品出售；1882年谢菲尔德公司的罗伯特·哈德菲尔德发明了用淬火法制造锰钢，勒·克罗索特于1888年制成镍钢。所有这些进展都是发源于新冶金科学和对金属结构的研究。1895年威廉·伦琴发现了X射线后，除了其他进步以外，还出现了结晶学，更加改善了对于金属的使用。
与冶炼方面的大规模生产技术相适应，19世纪后期，在精轧工艺上也有改进，锤锻大部分已让位于轧制工艺，根本的改进是使用可逆轧机，将金属锭式薄片放在机器里来回轧制，可大大节省时间。三辊式轧机用第三个轧辊，回转轧制金属，机器无需开倒车。后续轧机具有一系列不同尺寸和功率的轧辊机座。这些方法都是在19世纪60年代出现的，并不断有所改进。
作为现代飞机工业基本材料的铝，是19世纪早期首先从矿砂中以实验方法提炼出来的。这种工艺，费用过于昂贵。1886年，查理·马丁·霍尔发明电解法，从熔化铝土(氧化铝)中提炼铝，这种铝土(开采于格陵兰，但后来以合成法生产)，是从熔化的冰晶石分解而来。这就以廉价的电力为基础，开创了制造轻金属及其合金的时代。铝和镁合金和其他轻金属在许多制造业领域包括空中运输、电力输送、炊具制造、建筑行业等方面向钢和铜进行了挑战，后者在制造行业中早先占有支配地位。自第二次世界大战以来，铝及其合金能加以浇铸、锻造、挤压、轧制、旋压、锤薄、喷镀等，以适应各种用途。
18、19世纪，由于科研兴趣扩大，人们的化学物理知识大为增长，新发明刺激着工业发展，但尚未致力于将新知识用来改进武器。18世纪90年代法国革命政府运用科学保卫国家，重点是改进方法提高生产力，而不是制造较好的具有更大杀伤力的武器。火炮、滑膛枪、火药、弹药与已经用了一些时候的旧品相同或者几乎相似。直到19世纪中叶，科学大踏步前进时，才开始认真应用科学知识解决战场上的问题。
这些发展特别重要，首先是罐头食品的制造及其保藏。早在1795年，法国革命政府觉得解决了食物保藏，就有可能较易于供应和养活一支大为扩编的军队。政府提出谁能想出实际保藏食品的方法便可得奖12000法郎。直到1809年尼古拉斯·阿珀特才得了这笔奖金，他能把专门玻璃容器内灭菌的食品保藏下来(但原因何在，直到1860年通过路易斯·帕斯特的努力才明白)。军人和科学家显然都明白如用金属容器比瓶子更实用，但问题是要发明一种焊接法，既要使罐头密封又要防止食品在储存中被污染。19世纪中叶，这个问题已获解决，但能够大批量生产罐头食品还是19世纪末叶的事。
还有个相关联的领域是制造轻武器的子弹壳。首批完整的子弹壳大约出现于1850年，这是法国、英国和美国同时各自独立研究的结果。全金属弹壳装有加以保护的爆炸复合装置，以武器的撞针撞击发火，这在理论上问题不大，但在实践中还有不少问题。如怎样使金属软硬适度，既得经得住发射药的爆炸，又能被撞针击出凹形，就是一个问题。一旦有了这种软硬适度的金属，又怎样来设计一种机器大批量地冲压弹壳？直到19世纪60年代后期，上述问题才完满解决，关于机关枪的设想才能实现。
第三是战场外科抗菌和无菌操作的出现。帕斯特在18世纪60年代就表明感染和疾病是由细菌所引起。1867年前约瑟夫·洛德·利斯特把这个发现转化为实际的抗菌措施。但把抗菌的一套过程在战时应用于战场外科，又是另一码事。在解决抗菌问题的过程中，合乎逻辑地就联系到无菌法：如消毒品需加包装，以便在使用前不受污染。当然，无菌法是得力于罐头食品制造的成就，罐头里的食品在食用前能一直保持无菌。
新武器
19世纪对于武器最重要的贡献是火帽的发明，使步兵滑膛枪发生明显改变。1798年L·G·布朗哈特里发现银雷汞。次年，E·C·霍华德制造出雷汞，这是首批能通过撞击进行点火的几种炸药。1807年，一个为人和睦，名叫亚历山大·福赛思的苏格兰牧师又继续研究，经过若干年的试验，发明出一种用锤一击即炸的雷汞，炸时火星通过火门，引燃枪管中的发射药。1814年，才开始用这种雷汞制造火帽，火帽的材料先用铁、锡，最后是用铜。后来，火帽就慢慢地成为枪、炮点燃发射药的基本装置。开始时火帽与子弹是分开的，使用者须将火帽安装在武器击锤下方的火门上，后来就和弹壳、弹头合成一体了。
大约直到1860年，发现了级进式燃烧的原理，火药本身才有了真正的改进。将粒状药压缩成密度更大的药粒后，发现火药在枪膛内的燃烧速度和膨胀气体的压力可以延缓。因为压缩的药粒开始点燃时空气接触面小，燃烧初期瞬间产生气体较少，当弹丸沿膛壁前进时继续产生气体，所以初速较大，最高膛压较低。这一发现继续推动着普通黑火药的改进，黑火药仍然是该世纪轻武器的基本发射药。线膛炮的发明也具有重要意义，在既定口径的条件下，线膛炮能够发射较重的炮弹。延长炮身可加大初速。结果在19世纪末，火炮初速几乎达到每秒钟3000英尺，射击距离有了相应的增加。
火药缓燃和无烟火药的发展伴随而来，并且在19世纪后半叶开始应用。使用新无烟火药的好处，除不易暴露炮阵地外，如上所述，因燃烧较慢，形成推力型动力，用于线膛炮，效果最好，因持续的膛压较小，可造较大的火炮。长形弹丸比球形实心弹精度较高，在空气阻力条件下能维持较高初速——射击距离较远时，尤其如此。
该世纪后期，主要通过艾尔弗雷德·诺贝尔的努力，新炸药TNT、三硝基苯(替)甲硝胺、苦味酸、季戊炸药和旋风炸药等的性质及爆炸技术已为人所知。日俄战争(1904-1905)中第一次用了苦味酸炸药，而TNT炸药直到第一次世界大战才成为标准军用炸药。
这里还需提一下化学在军事技术方面的其他应用，那就是整个的化学毒剂、内燃机、火箭和喷气发动机以及20世纪的改良高爆炸药。顺便提一下与此有关的问题，即由于缺少硝石而引起的火药短缺的老问题得到了解决。首先在印度和智利的硝酸盐矿中发现了丰富的硝石资源，后来发明了从空气和炼焦的副产品中提取氮的新工艺。
大家认为，十六世纪的数学家和工程师尼科洛·塔尔塔利亚是弹道学的创始者之一，他曾写了两篇关于炮兵，一篇关于筑城的论文，想根据动力学理论推导出算表来计算火炮距离。但是他缺乏军事经验和火炮的技术知识。他对后人最有用的贡献是发明了射手象限仪，这是测量火炮仰角的仪器。许多塔尔塔利亚学术上的继承者对于他的基本理论写了许多文章，提了很多改进意见，但未能改正他的错误(一些根本性错误)，因而益处不大。
在随后的一个世纪里，伽利略把弹道学作为他研究物理和动力学规律的一个方面，进行了全新的革命性探讨。他沉迷于弹道的理论，把研究当时的火炮作为验证他数学理论的最好方法，从研究中他发现了抛物线理论(1638年)。虽然这理论本身并不正确，但确实纠正了塔尔塔利亚理论中大部分根本性错误。然而当时人们却普遍相信塔尔塔利亚的理论，直到1674年出现的伽利略的观点普及之后，他的理论才在18世纪象真理一般被广为接受。
但炮术和火炮设计的技艺和实践仍未受弹道学的影响，教科书上的弹道学理论，不论其科学准确性如何，对当时战争关系很小。火器全然不统一，弹丸飘忽不定，无法预测其飞行弹道，进行分析就显得毫无意义。十八世纪的一个英国数学家名叫本杰明·罗宾斯，曾试图进行实验，发现在800米射击距离上，炮弹向左或向右偏离射向约100码，弹丸首次触地的距离变化多至200码。只是在17世纪的战争中，迫击炮使用愈来愈多的情况下，理论和实践似乎才有所联系。但即使如此，从炮兵的观点看，由于当时资料不完善，这些科学家的理论并无用处。
但是，本杰明·罗宾斯确实第一次提出了成功的办法，为炮术研究奠定了科学的基础。他不仅研究以前所有的理论性题目——外弹道学，并且研究了内弹道学(弹丸在火炮身管内部的运动)和末端弹道学(弹丸在飞行末端的情形)。罗宾斯了解伽利略和牛顿的理论中有许多错误，如忽视了气流的作用等——从而完善了卡西尼1707年发明的弹道摆，成为测量弹丸初速的有效仪器。
到19世纪科学弹道学才获得胜利，那时冶金学和机械学发展到了这样一个阶段：即在武器设计制造方面规格尺寸已相当准确，并能预测其性能，从而提供了科学分析的基础。科学弹道学对于军事技术的影响，从新冶金学对于19世纪军事革命的影响中可得到最确当的了解。
出现电子通信
迄今(1980年)为止，谁曾被纯军用电子武器所杀死，很值得怀疑，虽然这种潜力无疑是存在的。通观历史，电子设备在军事上的作用一直是为了提高其他武器的杀伤力。最早的电子设备用于使异地间传递命令、情报和射击诸元传递中不受声音、目视信号、通信员的传统生理条件所限制。
最早的电子设备是商用电报机，约于1830年几乎同时出现于欧洲和美洲。这种电报机用单根导线连接通信地点，一端或两端装有电池，并有人工操纵的开关，用以连接或中断电池和导线之间的接触。另有一圈导线，缠绕在一根铁棒上，电流通过线圈，铁棒磁化，吸住可移动的铁片，二者相接触，产生的嗒声，接收一端的操作员将的嗒声记录下来，并加以解释。接收一端的的嗒间歇声和发送一端开关发出的完全一样。密码即可将的嗒声顺序译成字母。这种机器每分钟可发送50个字母。两个电台可通过中间站“接力”进行通信，所以，它可以在无限长的线路上传递信息。电报在军事上首先用于克里米亚战争。海底电报约于1851年始用于多佛和加来之间，然后发展到一方面用于伦敦和巴黎之间远距电报通讯，另一方面又用于协约国克里米亚战争的瓦诺基地。美国内战双方曾广泛使用电报，到1866年，横渡大西洋的海底电报已经沟通。电报出现时所处工业环境，对电报的发展并无多少支持。导线(裸露线及绝缘线)，电线杆绝缘子和电池都是后来发明的。电报方面的仪表器具也生产很少，不足以促进新工业生产结构的形成或新工业品的生产。倒是电灯出现后，生产了上述所需设备，开发了新的工业途径。
当电话和无线电出现之后，因为效果更好，其在军事上的重要性，使电报黯然失色。不过近来，由于电报应用了电传打字的方式，设备更为精良，尚能独立支撑下去。无线电在处理信息方面比口头语词的形式远为迅速，而且那也将是机器人之间的自然通信方式，机器人在军民两方面的用途要逐渐增加。
象电报一样，电话几乎同时出现于欧、美各地。实用机型完成于1876年，通常却把这功劳归于亚历山大·格雷厄姆·贝尔。当电话出现时，已有现成的电子工业支持其发展。电子工业绝大部分由电灯行业及其发电系统行业转化而来。当时关于电流流经长途导线的数学理论，也已开始形成，这是努力改良电报的结果。
无线电能传送电报、电话或更为复杂的信号。它的主要特点是传输电波信号不用导线，因此在架线困难的地方也能通信。在机动电台之间和固定电台之间亦可通信。1885年德国的海因里希·赫兹第一次论证了无线电现象，但约在1908年才被古列尔莫·马科尼用于通信。与电报和电话不同，无线电大部分是应军事当局的主动要求而发展的。不过无线电虽然大多出于军事需要而发展，研究工作却几乎全在私人工业实验室进行。
19世纪末、20世纪初，丰富多彩的技术发展使有时不太积极的军事专业人员扩大了眼界，提出了新的标准，以应付工业革命给战争带来的前所未有的变化。工业化除具有革新、改进战争工具的直接效果之外，对战争指导也有重大影响。从一个基本农业经济到工业经济最有意义的变化或许就是国家转而把大量人力投向武装力量和战争工业。比起过去，国家可以赡养和供应一支更加庞大的军队。蒸汽车辆运输和电报的发展，便利了大部队的运动和指挥。
然而新技术的最大效果还是体现在武器的改进和大量生产方面。
