劉衍鋼 趙少峰

——遠(yuǎn)程機(jī)械武器之肇始

劉衍鋼 趙少峰

制造出射程更遠(yuǎn)，威力更大的遠(yuǎn)程武器是人類在軍事技術(shù)方面的永恒追求。常規(guī)的弓箭受限于人類的臂力，無法在性能上有實(shí)質(zhì)性的突破。公元前五世紀(jì)后期，古希臘人在科學(xué)知識(shí)與工程技術(shù)方面的積累使得發(fā)明一種超越臂力的遠(yuǎn)程機(jī)械武器成為可能。公元前400年前后，西西里的希臘人發(fā)明了腹弓。腹弓推動(dòng)了復(fù)雜機(jī)械武器的發(fā)展，開啟了人類遠(yuǎn)程機(jī)械武器時(shí)代，在世界軍事史和工程技術(shù)史上占有重要地位。

弓箭；腹弓；遠(yuǎn)程機(jī)械武器；希隆

遠(yuǎn)程機(jī)械武器是古典歐洲最具特色的軍事裝備之一，亦是古典科學(xué)技術(shù)成就的集中體現(xiàn)。這類武器由古希臘人首創(chuàng)并完善，經(jīng)羅馬人的改進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)化，成為效能極高的軍事裝備。古典遠(yuǎn)程機(jī)械對(duì)古代兵器和古代戰(zhàn)術(shù)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響，在軍事史上占有重要地位。由于史料和研究條件所限，國內(nèi)學(xué)者對(duì)于此類武器至今尚無深入的研究。本文試圖從最基本的文獻(xiàn)與考古史料以及科學(xué)與技術(shù)原理入手，綜合國外學(xué)者的最新研究成果，探尋古典歐洲遠(yuǎn)程機(jī)械武器的起源，彌補(bǔ)國內(nèi)相關(guān)研究的不足。

弓箭技術(shù)的發(fā)展：從臂力弓到腰力弓

反曲弓可謂古代弓箭技術(shù)發(fā)展的最高階段。在同等拉力下，反曲弓的彈性勢(shì)能與能量轉(zhuǎn)換率（將彈性勢(shì)能傳遞給箭矢的效率）皆高于其他類型的古代弓。因此在能量利用率和殺傷力方面，反曲弓都是性能最佳的弓。希臘人的反曲弓一般以木材為弓胎，以獸角、獸骨、筋腱與有機(jī)膠等層疊復(fù)合而成，制作過程復(fù)雜繁瑣，制作周期也極長。從古希臘人對(duì)反曲弓技術(shù)的掌握程度可以推知，古典時(shí)代的希臘人已大體知悉冷兵器時(shí)代的各類弓箭及其相關(guān)技術(shù)。

弓體的彈性勢(shì)能是決定弓箭性能的最重要因素。弓的勢(shì)能值約等于拉力和拉距的積分值，以物理公式表示如下：

（E為勢(shì)能；F為拉力；l為拉距；C為弦高，即裝好弦但未開弓時(shí)弓臂結(jié)合部至弓弦的垂直距離；M為最大拉距。）

因此增強(qiáng)弓箭性能的基本方法為增大拉力和拉距。復(fù)合弓的蓄能性能較為優(yōu)良，較長的弓臂本可以提供更大的拉力和拉距，但人的臂力與臂長畢竟有限，手臂遂成為增加弓箭勢(shì)能的瓶頸。縱觀古希臘軍事史，弓箭手的作用相對(duì)較小，戰(zhàn)場(chǎng)上的主力一直是重裝步兵。造成這一狀況的主因即在于臂力弓的勢(shì)能有限，發(fā)射的箭矢無力穿透重步兵的金屬甲胄。因此要增加弓的拉力和拉距以增大勢(shì)能提升威力和射程，就必須設(shè)法利用臂力之外的其他力量。

通過古希臘人的記載，我們才得以知曉某些古代民族在弓箭方面的突破性嘗試。他們的基本手段為改用腰力開弓。這一方面是因?yàn)檠Ρ缺哿Υ髷?shù)倍，以腰力開弓可極大增加拉力；另一方面是因?yàn)槿梭w軀干的運(yùn)動(dòng)距離大于手臂，如此開弓也能夠有效增大拉距。

色諾芬（Xenophon）的《長征記》（Anabasis）提供了已知最早的相關(guān)文獻(xiàn)記載。公元前401年，希臘萬人遠(yuǎn)征軍離開美索不達(dá)米亞，向北穿越崎嶇的卡杜奇亞（Carduchia）山區(qū)。希臘人在行進(jìn)途中遭到當(dāng)?shù)厣矫竦囊u擊，襲擊者裝備有奇特的大弓：

如此強(qiáng)弓令希臘遠(yuǎn)征軍蒙受了慘重?fù)p失，數(shù)名軍官被殺：

有位勇士拉哥尼亞的利奧尼姆斯（Leonymus the Laconian）被殺，一支箭穿透他的盾牌和胸甲插進(jìn)他的腰部。還有阿卡狄亞人巴西阿斯（Basias the Arcadian），他被直接洞穿頭部致死。

色諾芬由此感嘆，對(duì)希臘人而言，卡杜奇亞人遠(yuǎn)比波斯帝國的大軍更可怕。本來足以抵御普通弓箭的希臘盾牌和盔甲，卡杜奇亞人的弓箭卻能夠輕易穿透，足見卡杜奇亞人的大弓威力驚人。如此威力首先得益于卡杜奇亞人的開弓方式，這種以腳抵弓，以腰力開弓的方式能夠獲得比普通開弓方式更大的拉力和拉距。還有一點(diǎn)不容忽視，就是卡杜奇亞人的箭也極沉重，色諾芬稱其重量大體與投槍相當(dāng)：

希臘人得到這種箭之后，會(huì)將它們用皮條捆綁用作投槍。

這樣的重箭，普通臂力弓所提供的勢(shì)能根本無法發(fā)射?？ǘ牌鎭喨酥允褂弥丶环矫嬉?yàn)樗麄兊墓哂懈蟮膭?shì)能，足以發(fā)射重箭；另一方面因?yàn)樵谕瑯觿?shì)能下，增大箭矢的質(zhì)量可有效增大其沖量，因而能進(jìn)一步增加箭矢的威力。以物理公式表示為：

I=√ (2mE)

（I為沖量；m為質(zhì)量；E為勢(shì)能。）

質(zhì)言之，增加箭體重量是通過犧牲射程實(shí)現(xiàn)威力的最大化。這可能是因?yàn)樯降刈鲬?zhàn)環(huán)境對(duì)弓箭的射程要求不高，卡杜奇亞人可以最大限度提升箭矢的威力。

另一位古典作家阿里安（Arrian）在《亞歷山大遠(yuǎn)征記》（The Anabasis of Alexander）中提供了類似記載。在介紹印度的弓箭手時(shí)，阿里安轉(zhuǎn)引亞歷山大麾下將軍尼阿庫斯（Nearchus）的敘述：

印度的弓箭手為步兵，他們的弓長度等身。他們射箭時(shí)人坐在地上，以左腳抵住弓身，將弓弦往后拉得很遠(yuǎn)，因?yàn)樗麄兊募荛L，約有三肘尺（約140厘米）。他們射出的箭無堅(jiān)不摧，不論是盾牌、胸甲、還是其他厚盔甲皆無法抵御。由阿里安的記載看，印度長弓的弓體和箭體都比卡杜奇亞弓更長，弓體可能長達(dá)170厘米，大概射程也更遠(yuǎn)。印度弓的獨(dú)特之處在于坐姿射擊。從人體工程學(xué)角度看，坐姿開弓可以減少射手自身體重的影響并增大拉距，因而可提供更大的勢(shì)能。此外，如此射姿也便于瞄準(zhǔn)，可增加射擊精度。印度人的弓箭與開弓法與卡杜奇亞人有異，可能是因?yàn)樽鲬?zhàn)環(huán)境的差異?？ǘ牌鎭喨说闹丶c站姿開弓顯然更適于山地近距離作戰(zhàn)，印度人的長弓與坐姿開弓相對(duì)更適于平地遠(yuǎn)距離射擊。

腹弓的出現(xiàn)

由上述可見，古典希臘人在遠(yuǎn)程武器方面所面臨的戰(zhàn)術(shù)問題與軍事技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r如下：

第一，依靠臂力開弓的弓箭因受限于手臂的長度和力量，難以對(duì)古典時(shí)代的重裝步兵等裝甲部隊(duì)構(gòu)成有效威脅，因而在戰(zhàn)場(chǎng)上作用有限。

第二，各種弓箭制作技術(shù)，特別是復(fù)合弓技術(shù)，在古典時(shí)代已日臻完善成熟，弓體的蓄能潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過手臂所能提供的能量。

第三，某些民族力圖突破臂力的局限，增加拉力和拉距并提升箭矢重量，最終發(fā)展出利用腰力開弓的弓箭，即蹶張弓或稱踏弓。這種弓箭的威力和射程遠(yuǎn)大于普通弓箭。

第四，對(duì)于各類蹶張弓，古典時(shí)代的希臘人已有所了解。但這種弓操作復(fù)雜，訓(xùn)練和使用難度很大，精度和效率也比普通臂張弓低得多，因而使用范圍有限。目前并未發(fā)現(xiàn)古希臘人使用蹶張弓的記錄。

顯然，希臘人所需要的是一種能夠利用腰力或者其他更大力量，最大程度發(fā)揮弓體潛能的弩弓類武器。這類武器的開弓操作與射擊等操作應(yīng)該分離，從而有效簡化訓(xùn)練與使用，提高射擊精度。要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，只能利用比較復(fù)雜的機(jī)械技術(shù)與機(jī)械原理。在色諾芬時(shí)代，希臘人在物理學(xué)、幾何學(xué)、數(shù)學(xué)與機(jī)械工程學(xué)等方面已取得了很高成就，發(fā)展上述機(jī)械武器所需的理論和技術(shù)皆已成熟，唯一的問題在于設(shè)計(jì)制造的投入。因此，一旦有權(quán)勢(shì)的統(tǒng)治者有迫切的戰(zhàn)爭需要，此類機(jī)械就會(huì)出現(xiàn)。

色諾芬的著述中也留下了有關(guān)遠(yuǎn)程機(jī)械武器出現(xiàn)的線索。據(jù)其《希臘史》（Hellenica）記載，公元前368年—前367年，西西里島城邦敘拉古（Syracuse）的僭主狄奧尼修斯（Dionysius）以軍隊(duì)和武器援助斯巴達(dá)，這其中就包括最新的機(jī)械武器。依靠敘拉古的援助，斯巴達(dá)將軍阿基達(dá)穆斯（Archidamus，后來的斯巴達(dá)王阿基達(dá)穆斯三世）未折損一人就輕易擊潰了阿卡狄亞人（Arcadians）與阿哥斯人（Argives）聯(lián)軍。而狄奧尼修斯的機(jī)械武器，可能正是最早出現(xiàn)的機(jī)械遠(yuǎn)程武器。更詳細(xì)的相關(guān)記載見于西西里人狄奧多羅斯（Diodorus Siculus）的史著《歷史集成》（Bibliotheca historica）。狄奧多羅斯史著的質(zhì)量參差不齊，這主要是因?yàn)榈見W多羅斯僅對(duì)眾多史料進(jìn)行了整理輯錄，并未分析甄別?！稓v史集成》中有關(guān)遠(yuǎn)程機(jī)械發(fā)明的部分主要來自菲利斯圖斯（Philistus）的《西西里史》（Sicelica）。菲利斯圖斯不僅是杰出史家，亦是這些歷史事件的核心參與者，因此這部分記載可靠性很高。關(guān)于狄奧尼修斯如何主導(dǎo)遠(yuǎn)程機(jī)械武器的設(shè)計(jì)和發(fā)明，據(jù)《歷史集成》記載：公元前399年，即色諾芬參加萬人遠(yuǎn)征軍的兩年后，狄奧尼修斯在敘拉古民眾支持下積極備戰(zhàn)對(duì)抗迦太基。狄奧尼修斯希望能夠發(fā)明一種新型遠(yuǎn)程武器：

實(shí)際上，投射機(jī)械就是此時(shí)在敘拉古被發(fā)明出來。他把各地最能干的工匠召集到一處，給予他們很高的酬勞，并提供大量的賞賜，以激發(fā)他們的工作熱情。狄奧尼修斯每天都在這類工廠中巡視，他深入工匠之中，與他們親切交談。對(duì)于其中的最勤奮者，他贈(zèng)送禮物并邀請(qǐng)他們一起進(jìn)餐。

他的目的是盡可能制造數(shù)量眾多的武器和各種箭矢……

他把大批技藝嫻熟的工匠召集到一起，按照不同的技術(shù)特長分組，并指定最有聲望的市民管理他們，對(duì)創(chuàng)造出機(jī)械裝備的人給予重賞。

狄奧尼修斯的工匠們發(fā)明的機(jī)械武器究竟是什么至今依然頗有爭議。鑒于古代學(xué)者普遍認(rèn)為最早的投射機(jī)械是“腹弓”（拉丁語為“gastraphetes”，希臘語為“γαστραφ?τη?”），狄奧多羅斯又確認(rèn)敘拉古工匠發(fā)明了最早的投射機(jī)械，大多數(shù)現(xiàn)代學(xué)者據(jù)此認(rèn)為狄奧多羅斯筆下的這種新式戰(zhàn)爭機(jī)械即所謂的“腹弓”，一種利用腰力和操作者自身體重開弓的復(fù)雜弩機(jī)。

然而，關(guān)于遠(yuǎn)程機(jī)械武器的起源一直充滿爭議。《舊約圣經(jīng)》中就提到類似弩炮的武器，老普林尼（Pliny the Elder）也認(rèn)為此類武器起源于西亞，但這些記載的有效性已被大多數(shù)現(xiàn)代學(xué)者所否定。此外，在亞述帝國甚至更早的時(shí)期，攻城槌與活動(dòng)攻城塔等軍事機(jī)械已經(jīng)出現(xiàn)，古典史家對(duì)此類武器亦不乏記載，但沒有任何確切證據(jù)支持在古典時(shí)代以前存在利用機(jī)械裝置拋射箭矢的遠(yuǎn)程武器。不過，關(guān)于這類武器最早出現(xiàn)的時(shí)間，現(xiàn)代學(xué)者對(duì)相關(guān)古代文獻(xiàn)的解讀卻不盡相同，對(duì)于文獻(xiàn)所涉及時(shí)間的推斷亦有歧義，大體上約存在半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間差異。為穩(wěn)妥起見，筆者將以其中最晚最可靠時(shí)間，即狄奧多羅斯所言的公元前400年左右，作為遠(yuǎn)程機(jī)械武器首度出現(xiàn)的時(shí)間。這也是大多數(shù)現(xiàn)代古典史學(xué)者所支持的推斷。

腹弓技術(shù)詳解

有關(guān)腹弓的機(jī)械原理，最詳盡的解釋來自亞歷山大城的希?。℉eron of Alexandria）的論著《弓箭制造》（Belopoeica）。希隆是古典時(shí)代最杰出的科學(xué)家之一，亦是機(jī)械工程學(xué)的創(chuàng)始人。希隆的相關(guān)記述主要取自克特西比烏斯（Ctesibius）的《評(píng)論集》（Hypomnemata）?？颂匚鞅葹跛箍芍^希臘化時(shí)代最杰出的工程師兼學(xué)者，他曾受埃及國王托勒密二世（Ptolemy II, 公元前283/2年—前246年在位）委托，在亞歷山大城從事機(jī)械與工程技術(shù)研究。筆者已將希隆關(guān)于腹弓的記載由原文譯出。以古典學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而論，希隆的著作無疑是優(yōu)秀的技術(shù)論著，但古典學(xué)者在專業(yè)術(shù)語、科技規(guī)范與思維模式等方面畢竟與現(xiàn)代人差異巨大，因此希隆的論文在現(xiàn)代人眼里不免晦澀枯燥。為了方便讀者理解，筆者將在譯文后加入必要的說明，盡量以現(xiàn)代術(shù)語詳加解釋。此外，古代科技論文中一般配有插圖，希隆的論文亦不例外，比如插圖1為一份古代手稿中的腹弓機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。不過，未經(jīng)專門學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的現(xiàn)代人要完全看懂這類古代工程制圖相當(dāng)困難，因此現(xiàn)代學(xué)者根據(jù)古代插圖與相關(guān)記載繪制了比較易于理解的圖解，見下插圖2。

插圖1古代手稿中的“腹弓”結(jié)構(gòu)圖

插圖2腹弓結(jié)構(gòu)示意圖

這里“箭矢”的定義為：任何一種發(fā)射物，其發(fā)射器可以是機(jī)械，也可以是人力，如弓、投石器以及其他。

此類機(jī)械最初是由臂張弓發(fā)展而來。人們希望能發(fā)射更大的箭矢，并有更遠(yuǎn)的射程，在此愿望的趨勢(shì)下，他們加大弓身和蓄力部分的尺寸。我所說的“蓄力部分”是指末端向內(nèi)彎曲的部分，也就是說“弓角”以外向內(nèi)彎的彈力部分。結(jié)果，他們很難指望拉彎如此巨弓，因?yàn)樗璧牧α窟h(yuǎn)高于手臂提供的拉力。于是人們?cè)O(shè)計(jì)發(fā)明了這類機(jī)械。

關(guān)于希隆所言的弓體材質(zhì)，曾有過一些爭議。二十世紀(jì)初的德國將軍兼兵器史學(xué)者施拉曼（E. Schramm）曾認(rèn)為古希臘人的所有弓體類機(jī)械武器與中世紀(jì)弩弓類似，弓臂為鋼制，并以此設(shè)想為基礎(chǔ)復(fù)制了腹弓。但目前所有學(xué)者都認(rèn)為古希臘人尚不能制造具有優(yōu)良彈性的鋼材，他們的機(jī)械武器所采用的弓體只可能由傳統(tǒng)復(fù)合弓發(fā)展而來。關(guān)于古希臘人發(fā)明遠(yuǎn)程機(jī)械武器的主要原因，希隆指出：一方面是隨著技術(shù)進(jìn)步，弓體可以擁有巨大的勢(shì)能；另一方面是人的臂力有限，無法發(fā)揮弓體的效能。這一日益尖銳的矛盾促使人們發(fā)明了機(jī)械弓弩。

關(guān)于腹弓的基本架構(gòu)，希隆的描如下：

假定弓體為ΑΒΓΔ，兩條彎臂為ΑΒ和ΓΔ，它們非常強(qiáng)硬，人的手臂無法拉開。裝弦的部分為ΑΔ。

假定中間的模塊為ΕΖΗΘ，兩條弓臂即通過該模塊側(cè)部的凹孔固定在中部。模塊的主干上部有燕尾槽ΚΛ，另一塊長度相同帶榫舌的模塊扣在上部，正好在長度和寬度上完全覆蓋住ΕΖΗΘ，沿著它中間的上部表面有一條（截面為）半圓形的槽，與燕尾槽ΚΛ等長，在其上安放箭矢。

第一部分為弓臂部分的介紹。其中ΑΒ與ΓΔ為弓臂， Α與Δ為掛弦的弓梢。第二部分介紹機(jī)械中央最基本的組成部分——基座與滑動(dòng)模塊。ΕΖΗΘ為基座，通過燕尾槽與滑動(dòng)模塊相連，其中基座在下，滑動(dòng)模塊在上。插圖3為基座與滑動(dòng)模塊截面示意圖?；安總?cè)面鉆孔，用于固定弓臂?；瑒?dòng)模塊上刻有導(dǎo)箭槽（即圖中的弧形刻槽），以保證箭矢的射擊精度。

插圖3基座與滑動(dòng)模塊截面示意圖

插圖4D. B. Campbell, Greek and Roman Artillery 399BC-AD363, p. 4. 為方便與正文對(duì)照，筆者增加了字母說明。腹弓主要機(jī)械部分示意圖

腹弓的主要金屬機(jī)械部件，即扣箭與發(fā)射開關(guān)，集中在滑動(dòng)模塊后端。希隆說明如下：

在這剩余的部分，與木板ΕΖΗΘ的剩余部分相對(duì)應(yīng)，在頂部木板的上表面，裝有兩跟垂直的鐵制支柱，在其基部鉚接（固定）連接在一起，兩者間有很小的間距。它們之間裝有一根鐵指，位于末端Λ的對(duì)面并向下彎曲，彎曲的末端分開，形成雙叉，就像一對(duì)夾鉗。分叉的寬度正好可以容納箭矢的厚度（截面直徑）。有一根圓形的插銷插入兩根支柱和鐵指。假定鐵指為ΝΞΟ，雙叉為Ν，插入的插銷為Μ，鐵指的ΞΟ部分之下插入一根鐵條ΠΡ，能夠以垂直固定在上部木板頂部表面的插銷Π為軸（水平）轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，只要鐵指下的鐵條ΠΡ被向前推，就會(huì)把鐵指楔住，使之不會(huì)向上跳；但如果我們抓住Ρ端沿著的ΞΟ方向拉鐵條ΠΡ，則鐵指的ΞΝ部分就會(huì)跳起。

研究組患者的治療有效率顯著高于對(duì)照組，兩組患者的并發(fā)癥出現(xiàn)率比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

對(duì)于腹弓的其他部分以及相關(guān)的專用稱謂，希隆說明如下：

將木板ΕΖΗΘ與另一木板ΤΥΦΧΨ連接，ΤΥΦ凸出，ΧΨ凹進(jìn)。

模塊ΕΖΗΘ被稱為“管子”；靠在這上面的模塊，被稱為“滑塊”；用來放箭矢的槽，被稱為“箭槽”；上部木板中的Ξ與Ο之間，被稱為“隆塊”，因?yàn)樗叱錾喜磕K表面；鐵指ΝΞΟ，被稱為“鉤爪”；我所說的“支柱”，則被稱為“固定器”；鐵條ΠΡ，被稱為“扳機(jī)”；木板ΤΥΦΧΨ，被稱為“張

弦依靠”；兩端的ΑΒ和ΓΔ，則是“弓臂”。

上述部件中，學(xué)者們對(duì)“隆塊”較少予以關(guān)注，但筆者認(rèn)為這一核心部件的材質(zhì)與形狀值得研究。從希隆的記載看，“隆塊”的功用顯然是作為整個(gè)扳機(jī)系統(tǒng)的基座。為了保證掛弦與發(fā)射部件的穩(wěn)定性，這部分部件必須在承受很大力量時(shí)不會(huì)變形或松動(dòng)，而木材的機(jī)械強(qiáng)度有限，因此“隆塊”不可能是木質(zhì)滑動(dòng)模塊的延伸突起部分，而是固定于滑動(dòng)模塊上的金屬部件。希隆在其他記載中還多次提到“隆塊”的功用，皆為集中受力的重要部件。由“隆塊”的希臘語原意“龜殼”推測(cè)：“隆塊”的形狀大約類似于龜殼，覆蓋了滑動(dòng)模塊的一段上表面，而且兩側(cè)向內(nèi)彎曲覆蓋滑動(dòng)模塊的部分側(cè)面，并與滑動(dòng)模塊有一定深度的嵌入。其結(jié)構(gòu)與外觀見插圖5。

插圖5隆塊”（扳機(jī)系統(tǒng)基座）結(jié)構(gòu)圖

插圖6推弓過程中基座與滑動(dòng)模塊運(yùn)動(dòng)及止動(dòng)楔工作原理示意圖

關(guān)于腹弓的操作流程，希隆記述如下：

如此結(jié)構(gòu)的機(jī)械完成后，如果人們想張弓射擊，則操作如下：他們將滑塊對(duì)著Κ方向往前推，直到鉤爪跳起，弓弦穿過其下，（該運(yùn)動(dòng)發(fā)生）在滑塊之上。然后他們將鉤爪按下并將扳機(jī)往前推，這樣鉤爪就（被卡住）不再上跳。然后，他們靠在已經(jīng)推出的滑塊的末端，讓它抵著墻或者地面，雙手握住“張弦依靠”ΤΥΦΧΨ，腹部向前壓，頂住凹進(jìn)的部分ΧΨ。他們用盡全身的力氣向前推，這樣滑塊就往后移動(dòng)，于是弓弦也往后拉。如此這般，弓臂ΑΒ和ΓΔ就自然被拉彎了。當(dāng)他們認(rèn)為張弦的距離已經(jīng)足夠時(shí)，就把箭矢放入箭槽中，然后下壓扳機(jī)使鉤爪松開，這樣箭矢就被發(fā)射出去。

腹弓所獨(dú)有的止動(dòng)機(jī)械較為復(fù)雜，主要由兩部分構(gòu)成，即基座上的止動(dòng)棘齒和滑動(dòng)模塊上的止動(dòng)楔。希隆對(duì)此描述如下：

有一點(diǎn)很重要，就是滑塊被向后拉時(shí)，不能立即被弓弦推向前，應(yīng)該保持固定直至箭矢就位可以射向目標(biāo)。這通過如下手段實(shí)現(xiàn)：設(shè)想在“管子”ΕΖΗΘ上有Ω?部分，沿著Ω?的長度在“管子”側(cè)面釘上一塊鋸齒板??，在滑塊沿著,Α,Β位置固定有一個(gè)繞插銷轉(zhuǎn)動(dòng)的掣子,Γ,Δ。（注意這里的,Α,Β和,Γ,Δ前帶有下標(biāo)，并非前文的ΑΒ和ΓΔ。）當(dāng)滑塊被向后拉時(shí)，則掣子,Γ,Δ斜著在鋸齒上移動(dòng)，發(fā)出“咔噠”聲，因此它被稱為“咔噠器”。當(dāng)滑塊就位時(shí)，他們按下“咔噠器”使之抵住鋸齒，這樣滑塊就不會(huì)被弓弦拉向前。“管子”另一側(cè)的裝置與此完全相同。

由希隆的記載可知：腹弓的止動(dòng)模塊主要由兩塊帶有棘齒的金屬板??和兩根金屬止動(dòng)楔,Γ,Δ——即“咔噠器”（κατακλε??）——構(gòu)成。兩塊金屬板分別固定在基座兩側(cè)，兩根止動(dòng)楔通過一根金屬軸——即插銷——相連。開弓時(shí)，滑動(dòng)模塊相對(duì)于基座向后滑動(dòng)。每移動(dòng)一格棘齒的距離，滑動(dòng)模塊上的止動(dòng)楔都會(huì)落下，抵住基座上金屬板上相應(yīng)的棘齒，從而防止弓弦將滑動(dòng)模塊向前推。這部分機(jī)械見插圖2與插圖4，其工作原理見插圖6。

弩弓類武器必須擁有固定弓弦的機(jī)械，從而鎖住弓體的勢(shì)能，等到發(fā)射時(shí)才松開弓弦釋放勢(shì)能。多數(shù)古代弩弓依靠扳機(jī)上的掛弦部件完成該功能，在開弓完成后勾住弓弦，發(fā)射時(shí)扣動(dòng)扳機(jī)釋放弓弦。腹弓的蓄能原理要復(fù)雜得多，它依靠兩套機(jī)械模塊，即掛弦機(jī)械與止動(dòng)機(jī)械共同完成鎖能。腹弓的掛弦機(jī)械（即滑動(dòng)模塊上的扣箭器ΝΞΟ）在開弓之前就已扣住弓弦，在隨后的整個(gè)開弓（即推弓）過程中，腹弓都通過止動(dòng)機(jī)械隨時(shí)鎖住勢(shì)能。即使開弓過程中途停止，之前所獲得的開弓勢(shì)能也不會(huì)釋放。相比之下，其他弩弓必須在弓體拉滿之后才能掛弦，如果中途停止則前功盡棄，弓弦會(huì)彈回。因此腹弓的掛弦與蓄能功能遠(yuǎn)比其他弩弓完善，不僅操作更簡便，而且可以通過有間隙停頓的多次推弓合力完成一次開弓操作，從而獲得更大的勢(shì)能。

希隆在最后解釋給出了“腹弓”名稱的由來及其設(shè)計(jì)目的：

整套機(jī)械被稱為“腹弓”，因?yàn)橥ㄟ^腹部的推力才能張弦。自然，通過這一套機(jī)械，能夠?qū)⒏蟮募赴l(fā)射至更遠(yuǎn)的距離。

據(jù)推測(cè)，腹弓的復(fù)合弓身非常強(qiáng)硬，普通的人力無法裝弦，因此需要專用的弦夾輔助裝弦。

腹弓之特性與效能

腹弓的操作與前文所述的臂力弓和腰力弓等傳統(tǒng)弓箭有很大區(qū)別。傳統(tǒng)弓箭的開弓與發(fā)射過程要同時(shí)調(diào)用人體的多組肌肉群，臂力弓需調(diào)用上身的大部分肌肉群，而腰力弓則要調(diào)用幾乎全身的肌肉群。相關(guān)肌肉群在整個(gè)開弓與射擊過程中皆處于高度緊張狀態(tài)，而且肌肉群之間的精確配合與協(xié)調(diào)也至關(guān)重要。特別是在瞄準(zhǔn)射擊階段，此時(shí)人體承受著最大的拉力，相關(guān)肌肉群處于最緊張狀態(tài)，而為了保證射擊精確度必須盡可能保持肌肉群的靜止。另外，為了提高準(zhǔn)確度，傳統(tǒng)臂力弓對(duì)射手的站立姿勢(shì)也有要求，還要注意站姿和肌肉之間的協(xié)調(diào)性。如果是操作腰力弓，則無論站姿還是坐姿，對(duì)全身肌肉的協(xié)調(diào)性要求都更高一些。根據(jù)肌肉工作穩(wěn)定性的生理學(xué)原理，在克服不變阻力的情況下，相關(guān)的肌肉收縮保持一定的緊張度，能夠使身體保持或穩(wěn)定在一定的狀態(tài)。然而，肌肉緊張度源于所需克服阻力的刺激，大腦皮層對(duì)肌肉的調(diào)整，些微的差異就會(huì)影響動(dòng)作的穩(wěn)定性。而且戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、心理承受能力、對(duì)手的壓力等因素都不可避免會(huì)影響射手的實(shí)際操作。因此傳統(tǒng)弓箭的操作需要很大的力量，對(duì)于運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性要求也很高，這需要極好的身體素質(zhì)和長時(shí)間的訓(xùn)練。

與傳統(tǒng)弓箭相比，腹弓的優(yōu)勢(shì)在于更易于保持運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且更節(jié)省體力。腹弓的機(jī)械設(shè)計(jì)思想主要體現(xiàn)在兩方面：

第一，盡可能以機(jī)械部件承擔(dān)人體的功能，從而降低操作難度。例如傳統(tǒng)弓箭以手指扣弦與搭箭，手指在承受極大拉力的同時(shí)必須保持平穩(wěn)，故而操作難度很大，往往需要指套或扳指等附加裝備。除傳統(tǒng)弓箭之外，大部分古代弩弓在開弓時(shí)也需要以手指扣弦，由于手指能夠承受的拉力有限，因此手指往往成為增加拉力的瓶頸。而腹弓利用機(jī)械部件（即扣箭器）搭箭與扣弦，手指完全不參與開弓，箭矢精確度與穩(wěn)定性則通過導(dǎo)箭槽與扣箭爪實(shí)現(xiàn)。如此設(shè)計(jì)完全解除了手指的負(fù)擔(dān)以及手指顫動(dòng)等人為因素對(duì)射擊精度的影響，同時(shí)簡化了操作，并可獲得更大的拉力。

第二，將整個(gè)操作分離為搭弦、開弓、裝箭、瞄準(zhǔn)與發(fā)射等多個(gè)相互分離的步驟，每一步驟僅調(diào)用有限的肌肉群，從而使操作的力量與協(xié)調(diào)性要求大大降低。其中搭弦與裝箭所需的力量與協(xié)調(diào)幾可忽略。瞄準(zhǔn)與發(fā)射僅要求手眼協(xié)調(diào)，同樣不需要太大力量。開弓是唯一需要很大力量的步驟，該步驟主要調(diào)用腰腹部與腿部的肌肉群。由于腹弓的推力轉(zhuǎn)向原理，開弓過程實(shí)為推弓過程，這一過程非常容易操作，對(duì)協(xié)調(diào)性的要求也不高。另外，因?yàn)閾碛袕?fù)雜的止動(dòng)裝置，腹弓的開弓過程可以進(jìn)一步分離為幾次間歇步驟，進(jìn)一步降低了對(duì)操作者力量與協(xié)調(diào)性的要求。因此，腹弓通過諸多機(jī)械裝置，一方面獲得了遠(yuǎn)大于臂力弓，甚至腰力弓的勢(shì)能，從而極大增強(qiáng)了射程與威力；另一方面又使得對(duì)武器操作者的素質(zhì)要求和訓(xùn)練難度降至最低。

腹弓發(fā)明后不久即被敘拉古人運(yùn)用于戰(zhàn)場(chǎng)。這種新式武器給敵人造成了巨大殺傷和心理威懾。據(jù)狄奧多羅斯記載，公元前398年，亦即腹弓發(fā)明的次年，敘拉古軍隊(duì)圍攻西西里西北部的腓尼基殖民地摩提亞（Motya），迦太基將軍赫米利孔（Himilcon）率領(lǐng)一支艦隊(duì)前來救援摩提亞。于是雙方在海面和陸地上發(fā)生激戰(zhàn)：

由于迦太基一方人多勢(shì)眾，赫米利孔毫不費(fèi)力就將自己的艦船拖過來，然后讓艦船下海，平安地駛出港口。赫米利孔對(duì)第一波（敘拉古）艦船發(fā)動(dòng)了襲擊，但被對(duì)方密集的箭矢所擊退……在陸地上的敘拉古人用發(fā)射尖頭箭的遠(yuǎn)程機(jī)械殺死了大批敵人。事實(shí)上，這種武器在敵人之中造成了巨大的恐慌，因?yàn)楫?dāng)時(shí)它是全新的發(fā)明……結(jié)果赫米利孔未能達(dá)成自己的計(jì)劃，只得率軍離開，駛回利比亞。

（F為空氣阻力；C為空阻系數(shù)；ρ為空氣密度；S飛行物迎風(fēng)面積；V為飛行物與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。）

腹弓勢(shì)能很大，其發(fā)射的箭矢初速必定很高，因此箭矢受空氣阻力的影響會(huì)遠(yuǎn)大于普通弓箭。要解決該問題，除了前文提到的增加箭矢重量降低初速外，還可以盡量減少箭矢的表面積，特別是取消常規(guī)的箭羽，減少箭矢的長度。因?yàn)楦构瓱o需手臂張弦，不存在箭矢最小長度的限制，箭矢長度的減少不會(huì)影響其他性能。狄奧多羅斯曾提到有多種機(jī)械武器專用的箭矢，這種“尖頭箭”大概最為普遍，成為后世大多數(shù)弩機(jī)類武器的最普遍形制。近千年后的普羅科皮烏斯（Procopius）在介紹拜占庭帝國軍隊(duì)的弩炮時(shí)，仍然強(qiáng)調(diào)其發(fā)射的粗短箭矢。這種沉重粗短的箭矢在外觀上與普通箭矢差別巨大，不免會(huì)給人留下深刻印象。前文談到狄奧尼修斯以武器兵員援助斯巴達(dá)的阿基達(dá)穆斯，記載此事的不僅有色諾芬，還有狄奧多羅斯與普魯塔克。普魯塔克還提到，當(dāng)阿基達(dá)穆斯首次見到西西里機(jī)械武器所配備的箭矢時(shí)，不禁驚呼道：“赫拉克勒斯啊！男子漢的勇武今后將毫無用處了！”根據(jù)現(xiàn)代學(xué)者的復(fù)制與測(cè)算，腹弓的威力確實(shí)遠(yuǎn)高于普通臂張弓。發(fā)射實(shí)戰(zhàn)箭矢時(shí)，普通臂張弓的最大射程不超過180米，而腹弓的最大射程能達(dá)到230米。而且箭矢越重，腹弓的優(yōu)勢(shì)越明顯。

腹弓類武器發(fā)明之后曾一度被廣泛使用，在西西里之外，希臘地區(qū)亦有不少城邦使用此類武器。除了斯巴達(dá)，雅典軍隊(duì)也裝備了不少遠(yuǎn)程機(jī)械武器?，F(xiàn)存的銘文證據(jù)表明，在公元前371至370年間，雅典的軍備庫（可能就在帕提農(nóng)神廟中）里貯存了不少機(jī)械武器專用的箭矢。雅典人當(dāng)然不會(huì)僅擁有箭矢，他們必定還裝備有相應(yīng)的發(fā)射機(jī)械。當(dāng)時(shí)敘拉古的狄奧尼修斯亦是雅典的盟友，因此大體能確認(rèn)這些武器裝備來自西西里。

腹弓的歷史意義

腹弓是人類歷史上最早的弓弩類機(jī)械武器，同時(shí)亦是歷史上結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的單兵弩弓，其機(jī)械構(gòu)造遠(yuǎn)比后世的各類弩弓復(fù)雜。即便以現(xiàn)代機(jī)械工程學(xué)與人體工程學(xué)角度看，腹弓的設(shè)計(jì)也極為精巧獨(dú)到，特別是其獨(dú)特的推力轉(zhuǎn)向與止動(dòng)機(jī)械模塊，可謂非常超前的設(shè)計(jì)。腹弓除了擁有更大的勢(shì)能和威力，還最大限度降低了對(duì)射手身體素質(zhì)的要求，以及訓(xùn)練的強(qiáng)度和周期。

但是，獲得如此性能優(yōu)勢(shì)是有代價(jià)的，最重要的代價(jià)在于制造工藝要求和制造成本,這也使得它沒有在戰(zhàn)場(chǎng)上得到普遍的推廣和應(yīng)用。

在生產(chǎn)技術(shù)和制造工藝尚比較落后的古典時(shí)代，要制造如此復(fù)雜精巧的機(jī)械武器非常困難。跟其他古代弩弓相比，腹弓的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，除了扳機(jī)等機(jī)械部件，還有止動(dòng)機(jī)械與滑動(dòng)部件。由于弓臂固定于基座，而箭矢裝在滑動(dòng)模塊上，結(jié)合基座與滑動(dòng)模塊的燕尾槽必須高度吻合才能保證箭矢的射擊精度。后世的其他弩類武器只有基座而無滑動(dòng)模塊與止動(dòng)部件，弓臂與箭矢都裝在基座上，制造和工藝自然簡單得多。此外，希隆文獻(xiàn)中多次稱腹弓的金屬部件為“鐵制”，這些部件大多外形復(fù)雜，要制造它們非常困難。古希臘人尚未掌握鑄鐵技術(shù)，即便有鑄鐵技術(shù)，鑄鐵件的機(jī)械性能也滿足不了武器部件的韌性與承力要求，因此腹弓的所有鐵部件只能通過熱鍛成形。以扳機(jī)系統(tǒng)為例，這部分部件為核心受力部件，必須能承受較強(qiáng)烈的碰撞和沖擊，因此作為整體扳機(jī)座的“隆塊”與作為插銷座的“兩根鐵制支柱”應(yīng)該是一體鍛造成形的鍛鐵部件。以當(dāng)時(shí)希臘人的鍛鐵技術(shù)，要制造外形如此復(fù)雜且精度要求很高的鐵部件（見插圖5）必定相當(dāng)困難，只有技藝很嫻熟的工匠方可勝任。這從一個(gè)側(cè)面反映了腹弓的制造難度。此外腹弓在實(shí)戰(zhàn)中還有一個(gè)不容忽視的缺陷：難以精確射擊。腹弓因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和開弓方式，射手發(fā)射時(shí)一般只能以推桿抵住腰腹部，如此射擊姿勢(shì)很難瞄準(zhǔn)。而且由于腹弓的上下滑動(dòng)槽構(gòu)造，它不能像后世其他弩弓那樣采用較為精確的豎式扳機(jī)，只能安裝震動(dòng)較大的橫置拉栓扳機(jī)（見插圖4），這也會(huì)影響射擊精度。因此腹弓在戰(zhàn)場(chǎng)上僅適用于對(duì)集群目標(biāo)實(shí)施面殺傷，其使用范圍遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)的弓箭廣泛。

對(duì)于單兵武器而言，腹弓的結(jié)構(gòu)過于精巧復(fù)雜。腹弓制造成本很高，對(duì)制造的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，以及制造的組織協(xié)同等方面的要求也極高。由前面狄奧多羅斯的相關(guān)記載可以看出，即便是敘拉古這樣以富裕著稱的大城邦，要制造腹弓也需要傾盡人力財(cái)力以及統(tǒng)治者的精力。概要言之，腹弓難于大量制造和裝備，而且其作戰(zhàn)效能也難以彌補(bǔ)其高昂的制作成本，并非理想的單兵武器。由已知史料看，腹弓僅是曇花一現(xiàn)的武器，單兵腹弓興盛了不到半個(gè)世紀(jì)就銷聲匿跡，迄今尚未發(fā)現(xiàn)任何屬于腹弓的實(shí)物證據(jù)。之后出現(xiàn)的所有單兵弩弓在結(jié)構(gòu)上都遠(yuǎn)比腹弓簡單實(shí)用。

但并不能因此而低估腹弓產(chǎn)生的歷史意義和時(shí)代價(jià)值。要客觀評(píng)價(jià)腹弓的歷史意義，需要放寬視野，考察腹弓對(duì)后世軍事技術(shù)的深遠(yuǎn)影響。作為人類首次遠(yuǎn)程機(jī)械武器的嘗試，腹弓固然算不上成熟優(yōu)秀的單兵弓弩，但腹弓的基本機(jī)械結(jié)構(gòu)擁有巨大的發(fā)展與擴(kuò)充潛力，非常適合大型的弩炮類機(jī)械。在腹弓發(fā)明后的很短時(shí)間里，古希臘人就進(jìn)一步挖掘腹弓結(jié)構(gòu)的潛力，設(shè)計(jì)制造出威力更大，精確度更高，性價(jià)比更好的遠(yuǎn)程機(jī)械武器，并廣泛用于戰(zhàn)場(chǎng)。開始是利用杠桿絞盤拉弦的大型腹弓與拋石機(jī)，之后是使用扭力發(fā)條（torsion spring）蓄能的大型弩炮。隨著各類大型機(jī)械武器的出現(xiàn)，威力相對(duì)較小的腹弓遂被逐漸邊緣化，最終退出了歷史舞臺(tái)。但我們需要注意：上述大型機(jī)械武器除了拉力和蓄能原理異于腹弓，基本上承襲了腹弓的機(jī)械構(gòu)造。腹弓發(fā)明之后的八個(gè)世紀(jì)是古典世界機(jī)械武器發(fā)展的黃金時(shí)期，期間出現(xiàn)過種類繁多的遠(yuǎn)程機(jī)械。除羅馬帝國中后期投入使用的拋桿投石機(jī)（onager）外，所有這些武器皆具有腹弓的基本架構(gòu)與機(jī)械裝置，特別是其標(biāo)志性的棘齒止動(dòng)與分段鎖能系統(tǒng)，只不過體積更大，制造要求更簡單而已。質(zhì)言之，腹弓開創(chuàng)了一種沿用近千年的軍事機(jī)械架構(gòu)。另一方面，腹弓的最基本設(shè)計(jì)思想，即增大拉力、加長拉距、增加箭矢重量與減少箭矢表面積，也被之后所有的弩弓設(shè)計(jì)者所遵循。后世歐洲的單兵弩弓，盡管在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面大為簡化，依然或多或少借鑒了腹弓的架構(gòu)。

盡管腹弓不是一種非常成功的軍事武器，但腹弓的發(fā)明在軍事史上具有劃時(shí)代意義。作為人類第一種機(jī)械弓弩，腹弓無疑是冷兵器技術(shù)史上影響深遠(yuǎn)的巨大科技成就。腹弓開啟了古典機(jī)械武器的輝煌篇章，也開創(chuàng)了人類復(fù)雜機(jī)械武器的先河，理應(yīng)在古代軍事史和工程技術(shù)史上占據(jù)重要地位。

[作者劉衍鋼（1971年—），華東師范大學(xué)歷史學(xué)系講師，上海，200241；

趙少峰（1982年—），聊城大學(xué)歷史文化與旅游學(xué)院講師，山東，聊城，252027]

（責(zé)任編輯：劉軍）

2013年4月10日]