重型攻城錘：《神鵰俠侶》中的襄陽炮

【摘要】前段時間又重溫了電視連續劇《神鵰俠侶》，蒙古大軍攻城時，火炮轟鳴，炮彈落處，硝煙四起。估計這種場面是編劇由襄陽炮一詞望文生義而來的，因為史書記載，蒙古軍隊攻打襄陽時，曾使用威力很大的襄陽炮。其實，這裡的襄陽炮根本不是火炮，而是古代的拋石機。

拋石機是一種利用槓桿原理拋射石彈的大型人力遠射兵器，春秋時期已開始使用。這種砲在木頭的一側裝上皮兜，把石彈放上去，然後幾十個人合力把它拉起來，靠槓桿作用把它摔出去，主要用做攻城，或者是守城時打擊集合起來的敵方軍隊。重型拋石機需要一、兩百人拉繩，能拋射上百斤重的石彈。輕的只用兩個人拉繩，能拋射半斤重的石彈。

三國時期，曹操與袁紹在官渡決戰。曹操使用謀士劉曄設計的大型拋石機——霹靂車，給袁紹軍隊以很大打擊，為曹操以少勝多並統一北方起到了很大的作用。

唐朝安史之亂期間，叛軍首領史思明率兵十多萬圍攻太原。當時，駐守太原的唐朝大將李光弼手下兵力不足一萬。李光弼用二百人才能挽動的巨型拋石機猛拋大石，叛軍有上萬人被砸成肉醬。

北宋末年，金軍攻擊京都汴梁，一夜之間架設拋石機5000餘座，以汴京長達50里的外牆，每里還要分得 100座。攻城時，先將護城河填平，而後萬炮齊發，再配合大量強弩和攻城車，一舉擊潰守城部隊，北宋由此滅亡。

南宋末年，蒙古大軍進攻襄陽，啟用半自動投射的襄陽炮。這種拋石機在槓桿後端掛有一塊巨大的鐵塊或石塊，平時用鐵鉤鉤住槓桿，放時只要把鐵鉤扯開，重物下墜，就能拋出石彈。由於人力需求較少，此炮比舊式拋石機射程更遠，威力更大。攻襄陽時，曾拋射近90公斤的石彈，將地面砸出 2米多深的彈坑。火炮出現後，拋石機逐漸退出歷史舞台。

象棋發明於唐朝，象棋中有「炮」的棋子，但那時還沒有火藥的普遍應用，所以象棋中的「炮」原寫為「砲」，就是指古代拋石機。石炮，這種遠距離拋擲石塊的槓桿機械逐漸在宋元時期和歐洲中世紀時期發展成了火炮成熟之前最具有威力的攻城和守城裝備。

我大宋在釣魚城安置的多梢炮曾經讓仰攻的蒙古軍很吃苦頭，大汗蒙哥被石炮砸死，而蒙古從西域引進穆斯林工匠建成的配重式投石機的威力讓樊城襄陽的守城意志迅速崩潰，久攻不克的堅城迅速落入蒙古手中，而這種屢建功勛的配重式投石機也被命名為襄陽炮。

襄陽炮在歐洲的發展持續更久，影響更大，曾有記載某公爵親自操炮三炮就化解了對面城堡的防禦和信心。巨型襄陽炮據說可以發射重達140公斤的炮彈（有人記載重達1400公斤的炮彈，但是下面我們可以看出這是非常可疑的），而襄陽炮在戰爭中的表現，近幾年的指環王，天堂王國中作了印象深刻的演示。

石炮在我國的應用十分廣泛，可惜至今在國內的影視作品中沒有科學的展示過，基本都是粗製濫造、不符合歷史的偽劣道具。

關於投石機在戰爭中的記載可以說是非常好找，但在中文網站中，對投石機的工作原理，卻多都一筆掠過，語焉不詳。這也難怪，無論是人力操作的多梢炮，還是配重式的襄陽炮，這種威力巨大的機械到今天沒有一個流傳下來。只在中國象棋中留下了影響。

合川釣魚城古炮台遺址

早在拿破崙三式的時候，人們就試圖重現這種巨型機械，但是因為不知其所以然，造出的複製品只發射了四枚炮彈就解體了，並且射程很不理想。最近這些年，國外的一些好事者研究重造了一些配重式投石機，並發表了一些理論研究和試驗心得，從而讓我們對襄陽炮有了一定的了解。那曾經令無數堅城崩頹的投石機是如何工作的呢？下面讓我們用配重式的襄陽炮來做一個說明。

「襄陽炮，就是一個槓桿，利用力臂的不同，把炮彈加速到很快的速度拋出去么？」這話也對也不對。襄陽炮組件中最重要的就是槓桿，但要達到有效的目的，光是槓桿是遠遠不夠的。實際上，理想狀況下的拋石機能夠拋射的最遠距離跟槓桿長度和比例並沒有直接的聯繫。

中學課堂都學過，要把一個物體拋得最遠，拋射角度應該是45度。如果從能量的角度來看，襄陽炮當然希望能把配重下降獲得的能量全部轉換成炮彈的發射能量。這樣的考慮得出的結論就是襄陽炮最大射程為配重在最高點到最低點的距離差乘以兩倍的配重和炮彈的重量比。也就是說，如果配重臂下降兩米，配重1噸，這門襄陽炮最多能把10公斤的炮彈拋出400米開外。這種估計是襄陽炮射程的上限，那麼要把1400公斤的炮彈拋出去的話，這個襄陽炮得多大大家可以自己算。

上面是最理想的狀況，實際上，根據建造構造的不同和設計，襄陽炮的實際射程在這個理論極限的10%到90%之間徘徊，能達到30%的襄陽炮就算是平均水平了。另外這個結論說明配重臂越長越好，這一點可能跟我們的想像相反。另外配重的重量和可以被提升的高度不但決定了射程，而且主要的決定了炮彈轟擊目標時攜帶的動能。這個跟炮彈的大小無關。

配重臂當然不可能無限加長，配重臂加長使得把幾千斤甚至萬斤的配重吊起成為異常痛苦的工作，這也關係到襄陽炮結構承受能力。在實踐中，東西方的拋石機的佩重臂和拋射臂之間的長度比一般是1：4到1：5。北宋武經總要中的炮這個比例都在5左右，例如七梢炮配重臂長5尺7寸，拋臂長2丈8尺，比例1：4.9。而拿破崙三世重建的襄陽炮的兩臂之比達到1：33，顯然他認為拋射臂越長，拋出去的速度越快。為了在固定臂長的情況下配重臂下降最多，當然最好發射前槓桿跟地面垂直，實際上因為工程的原因這不現實，這要把炮架架得很高，通常襄陽炮在發射前槓桿和地面成45度角。

射程是跟炮彈重量成反比的，顯然炮彈越小越好。一般原則是配重和炮彈重量比例在100：1左右。

西方的好事者donald Siano利用拉格朗日方程在mathmetica里計算了襄陽炮的動力學問題。我們結合他的計算看看襄陽炮如何達到最大的效率。

最簡單的襄陽炮莫過於一個槓桿，一頭固定一個重物，另一頭固定炮彈，然後在合適的角度把炮彈拋出。這種最簡單的炮最大的問題是當炮彈到達45度時，配重只下降了70%，並不能合理的利用配重的蓄能。這種拋石機為了平衡這兩個之間的矛盾，拋射要適當延後，最佳角度為拋射角38度，而射程支有理想射程的11%。

提高射程最有效的一個改進就是把配重從固定式變成懸掛式，這裡的原因歐洲的工匠總結為，配重走垂直線比走斜線要好得多。實際上，固定式的配重在下落過程中把更多的能量轉化成角動量耗費在發射之後的搖擺之中。懸掛式的配重在下降過程中並不隨槓桿在水平方向上產生很大的位移，他的位移情況可以從上圖中的藍色軌跡看出。配重是襄陽炮中最重的部件，它能否在下降過程中盡量少的獲取動能和角動量是關鍵。同時，減少角動量可以顯著減少配重臂在下降過程中對炮架支撐結構橫向的作用力，有利於襄陽炮的使用壽命。

擁有懸掛式配重的襄陽炮加速很快，計算顯示採用懸掛式配重的襄陽炮最大射程可達理想射程的59%，發射角進一步推後，只有22.6度。更進一步的利用了配重的勢能差。

到這裡我們可以看出來，最理想的情況是襄陽炮槓桿在垂直地面配重達到最低點的時候發射，而配重處於靜止狀態。

懸掛式配重儘可能的降低了配重的速度，那麼是否可以儘可能晚的發射而又不影響發射角度呢？

古代襄陽炮中的拋石索就起到了這個作用。如前面的拋射示意圖，具有拋石索的襄陽炮炮彈發射角度跟槓桿所處角度有很大不同，掌握拋射時機可以由拋石索的掛鉤角度決定，最佳情況下，發射距離可以達到理想距離的83%，這時，槓桿跟地面垂直線夾角13度，而炮彈以約45度的方向拋出。拋石索的長度大約與拋射桿的長度相當。

襄陽炮並不是總是拋得越遠越好，雖然拋得越遠意味著炮彈的動能越大，襄陽炮也更遠離敵方的打擊。天堂王國中守衛者在戰場中劃分400嗎；300碼，150碼的標記線，他們是怎麼瞄準呢？從上面可以看出，襄陽炮得瞄準可以從調整配重重量下手，也可以從調整拋射角度下手，實際上後者更加方便一些，只要控制拋石索脫離掛鉤的時間就行了，現代西方好事者用在掛鉤上添加木環的方法來提前拋出時間，他們可以控制到每加一個木環炮彈落點靠近5米的精度。另一個辦法就是改變拋石索的長度，這一點也很好理解，縮短拋石索的長度可以使拋石索圍繞掛鉤旋轉的角速度加快，從而提前拋出炮彈。具體古代工匠是如何瞄準目標的，估計他們都會從自己的實踐經驗出發，提出自己的辦法。

襄陽炮是古代巨型而又簡單的攻城器械，直到火炮出現100多年裡，巨型投石車因為它材料的廣泛性，巨大的打擊能力，對氣候的容忍程度依然統治著戰場。而古代工匠的智慧，是這一龐然大物能夠發揮作用的關鍵。

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