标题：投石机
基本介绍
投石机（Catapult）是上古时代的一种攻城武器，可把巨石投进敌方的城墙和城内，造成破坏。
又称炮，可以投掷一个或多个物体，物体可以是巨石或火药武器，甚至是毒药和尸体，这可能是最早的生化武器。
器械历史
中国的投石机  人力投石机中国的投石机最早出现于战国时期，用人力在远离投石机的地方一齐牵拉连在横杆上的梢（炮梢，架在木架上，一头用绳索栓住容纳石弹的皮套，另一头系以许多条绳索，方便人力拉拽）将石弹抛出，分单梢和多梢。最多的有十三梢，最多需500人施放。
宋以前投石机主要为人力或畜力发射型，即以大量士兵或者战马同时向一个方向骤然扯动牵拉索，拉起力臂将沉重炮石以抛物线射出。随后，蒙古军队因世界征战，将投石机发展到极为犀利和恐怖。
蒙古军队在攻城略地中认识到投石机的重要性，并迅速引进技术进行改进，设计了双弩背的复合弓结构，弹力更加强劲。同时，这样的弩机已有时用于发射特制的铁箭和燃油筒。
随后，蒙古军队又从中亚引进了配重式投石机，又称回回炮，即由重物取代人力或畜力，士兵先利用绞盘将重物升起，装上炮石后，释放重物，炮石投出，大幅减少操作的人员和空间，可以调整重物控制射程，投掷准确度大为提升，并开始投射药物与燃烧物混合的化学武器、腐烂的人畜尸体等制作的“生物武器”等。
古希腊时代  扭力投石机关于古代投射器械的简要介绍－引自The Projectile Throwing Engines of the Ancients Sir Ralph Payne-Gallwey,1907
所有给我们留下此类器械记载的古代希腊作者中，希伦（Heron.284-221B.C.）和斐罗（Philo约200B.C.）是最为可靠的。这两位机械学家都给出了精确的图样和尺寸，使我们可以重新制造这种器械，即使不是非常准确，其精确度也足够用于实际操作。
尽管在阿森纳乌斯（Athenaeus），庇顿（Biton），阿波罗多卢斯（Apollodorus），迪奥多鲁斯（Diodorus），普罗科庇乌斯（Procopius），波利庇乌斯（Polybius）以及约瑟夫斯(Josephus）的作品中我们只能找到不完整的描述，但是这些作者们，尤其是约瑟夫斯却经常会提到此类器械在战争中的功效；虽然其行文中透露的信息有限，但在与希伦和斐罗的作品一起看的时候，仍是有用的，并且具有解释性。在古罗马众多的历史学家和军事工程师之中，维特鲁维乌斯（Vitruvius）和阿米亚努斯（Ammianus,又译做阿米安）是最好的作家。维特鲁维乌斯的描述转抄自古希腊作家那里，显示罗马人从希腊人那里采用了这种投射器械。
  扭力投石机从所有这些描述了投射器械的古代作者那里，我们所看到的是对原始记录的转抄。因此很自然的，我们将会遇到众多很明显不对的章节和绘图。这是多次转抄的结果，有些部分我们明显感到有错但又无法证明其错误。除了一些极少数的例外，上面提到的所有的作者在遇到所描述的投射器械上的细节和操作性能方面的疑问时只是记录下他们自己的想象。当然，所有这些不合逻辑的信息在我们试图阐述这些投射器械的建造和性能时所起的妨害作用大于其帮助。
中世纪时代  配重投石机中世纪为投射器械所配的图片上经常会省略掉某些至关重要的器械细部，或是因准确绘图有困难时，有意的以士兵的图像将其遮盖。于是在参考文献所提供的关于这种武器的图像上总是会有这种省略现象。
实际上是不可能为这些古老的投射器械找出一份完整的详细图纸的。完美的设计图只能是查询众多的古代作者，而后，再将他们各自给出的结构细节拼凑起来。
我们并没有直接证据能证明人类何时发明了这些投射器械。看来亚述王撒曼尼色二世（859-825 B.C.，官话本圣经做“撒缦以色”）并未拥有这类器械。因为如今收藏在大英博物馆的巴拉瓦特（Bal&acirc;wat）宫青铜大门上雕刻了描述他的征争的浮雕，其中的攻防器械描绘的很清楚，却未见此类投射器械。
最早提及投射器械的文献见于《圣经》，其中对乌西雅王（B.C.808-9～756-7在位）的记载。“（乌西雅王） 又在耶路撒冷使巧匠作机器，安在城楼和角楼上，用以射箭发石。乌西雅的名声传到远方。因为他得了非常的帮助，甚是强盛。”[英文钦定本：" And he made in Jerusalem engines,invented by cunning men,to be on the towers and upon the bulwarks,to shoot arrows and great stones withal. And his name spread far abroad; for he was marvellously helped,till he was strong."]
  配重投石机迪奥多鲁斯告诉我们，此种投射器械首次出现在B.C.400年左右，时当叙拉库扎城僭主迪奥尼修斯（Dionysius of Syracuse，B.C.405-367在位）组织对迦太基城的远征（B.C.397）。从世界各地搜罗来的各位专家中，有一个天才人物，他设计出了能投射石头和标枪的机械装置。自迪奥尼修斯统治时代以后的众多年代，直至14世纪，军事史学家们总会提到投射器械。
但是直到马其顿的腓力（B.C.360-336在位）及其子亚历山大大帝(B.C.336-323在位）的统治年代，投射器械才得以精心改进，其在战争中的作用才得到了充分的认识。
如我们在前面所说的，罗马人采用了希腊人的投射器械。维特鲁维乌斯及其他历史学家均如是说，并且他们还直接从希腊作者那里将其描述也抄袭过来——抄的时候还经常会发生明显的错误。
射程问题经常引起争议的投石机和弩炮的射程问题可以通过对比其性能，即古代军事作家所给出的性能和现代复制品的实验结果而获得相对精确的解决。在处理此类问题时，我们必须仔细地将攻城时投射器械的位置和环境因素考虑进来，特别是还要考虑到攻城器械的制造目的。例如，弓箭手由于利用了在高塔和雉堞的优势，可以将箭矢轻松地射到270～280码（246-256米）射程。为此之故，为了安全操作攻城器械，很有必要将其置于任何被围城墙的300码（274米）之外。由于投石机和弩炮的作用不仅在于向筑垒地点防御工事上的士兵投射矢石（missile），同时也要清除城头，攻击防御工事内的房屋和人员，所以很明显的，投射器械的射程要达到400至500码（365~457米）或以上，才能适于操作，并具有其曾经确有的破坏性。
约瑟夫斯告诉我们在A.D.70年的耶路撒冷之围中（犹太战记·第五卷·第6章），重达1塔兰特的巨石（其值在古代地中海地区处处不同，在23-30kg间变化，此处作者取为57.75英磅=26.2kg）被投石机掷出了2个斯塔迪亚以上（1 stadium=185米）。此处的陈述应该是值得确信的，因为约瑟夫斯谈及了他的亲眼所见，这是一位聪明的高级指挥官的意见。“两个斯塔迪亚以上”，姑且认为是2至2.1/4斯塔迪亚，也就是400至450码 (=370~415米）。我们有确凿而又不容置疑的证据证明约瑟夫斯描写的真实性：我最大的一台投石机——当然比那位历史学家所提到的要小很多，威力也逊色很多——可以将一枚重8磅（3.6kg）的石弹投到450至500码远的地方。所以我们很容易就能明白，古代配有筋腱绞索的巨大而又完善的投石机可以将远重于8磅的石弹发射到500码以外去了。
埃吉西斯特拉图斯[3]，一位活跃于B.C.200年左右的希腊作家，曾著有论述制造军用武器的专题论文，其中估计某些投射器械的射程可达3.5至4个斯塔迪亚（670-740米）。尽管如此之长的飞行距离显得似乎不可思议，但我却举不出任何合理的理由来置疑其可能性。根据我最近的试验结果，如果不计成本而且使用较轻的投射物（missile）的话，我有信心也能制造出一台可以完成此项壮举的投射器来。
其人的著作虽已不存，但部分内容曾被阿森纳乌斯所引用而得以保存
中世纪的扭力式投石机通常都在杆臂末端装有一个凹槽或座子，以安放投射的石弹，参见图5[4]。但我发现，古希腊和古罗马人所用的最初也更好的投石机的结构上，在杆臂的末端装有一个有绳子和皮套做成的掷弹带（参见图6.)[5]。
另见《十字弩》55，56章，图片193至202。
中世纪的扭力式投石机不带掷弹带，投出的是巨石，但是比起以前带掷弹带的同类武器投射的距离要短。除了配重式投石机而外，我找不到任何在此时代有投石机使用掷弹带的例子或图片。所有的证据都表明，制造扭力式投石机的弦索及其他重要部件的秘密，在罗马人从其被击败的敌手—希腊人手里将此类武器仿制过来以后的2个世纪内，大量丢失，其结果就是引入配重式投石机抛射石弹。而扭力式投石机，由于其制造的技艺逐步被遗忘，在攻城时的效率逐步降低，最后逐步被替代。15和16世纪的扭力式投石机比起约瑟夫斯所描述的用在A.D.70年耶路撒冷之围和A.D.67年约他帕他之围中的投石机要差的太多了。
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投射石弹的投石机设计草图，其杆臂已部分绞下
大致比例：1:24
在投石机的杆臂上加上掷弹带至少能使其威力提升1/3。例如，在我的书中第55章和56章所写的投石机 ，可以将1枚8磅重的圆形石弹（3.6kg）掷出350至360码（320-330米），同样的投石机，在杆臂上装上一个掷弹带之后，就可以将8磅的石弹掷出450-460码（410-420米）。假如将其弦索绷至其极限，可以射出近500码远（457米）。假如杆臂的上端被做成座子以安放石弹（如图5所示），则杆臂的此端必须做的又大又沉。又假如杆臂端部安装的是一个掷弹带（如图6所示），则杆臂可以从粗头向上逐步变细，则杆臂可以轻便不少，比起末端出大以安放弹丸的杆臂，反弹的时候速度也要快得多。杆臂装上掷弹带以后，掷弹带的长度实际上成了臂长的延长，如此也不会给杆臂重量带来明显的增加。假如弹丸重量合理的话，投石机的杆臂越长，扫过空中的距离也就越长，弹丸的投射距离也就越远。这其中的区别就象学童们用来射石子的小弹弓和大弹弓之间的区别一样。在杆臂的末端增加掷弹带所带来的威力增长是令人吃惊的。我制做的一个投1磅石弹的小模型，如果使用带座子的杆臂，投射的极限是200码（182米）。在杆臂上加了掷弹带以后射程立即提升到300码（274米）了。所有历史学家中，唯有阿米安·马尔赛里努斯明确的告诉我们，希腊人和罗马人所用的投石机上使用的是有掷弹带的杆臂。他的活跃期在A.D.380年左右。通过对他以及和他同时代人的作品所做的详细研究，使我用投石机和弩炮进行了实验，而在我的关于古代投石机的著作出版之前，我原本并未打算进行这种实验。
器械原理
投石机是一种极好的攻城武器，近代试验表明，吊杆长50英尺，平衡重锤为10吨的抛石机能将200到300磅的石块抛射约300码的距离。到了14世纪中期，有的抛石机竟能抛射将近1000磅重的弹体。投射类武器还有一种重要的心理效果，可以将巨石投入堡垒之内将房屋击得粉碎，还能投掷秽物、死兽，敌方死者头颅，以及囚徒的尸体来惊吓城内人民。
虽然这些攻城武器看起来威力都很大，但实际上，挖隧道仍是摧跨城垣或塔楼最常用的方式。在炸药的大规模运用前，炸开城墙的地基一般是先找一个角落或挖一条隧道，随着挖掘者的推进，用大量木料支撑住隧道的顶部。当其恰好到达城堡的墙下时，将大量猪油 或几头死猪填进隧道，点燃，炸毁城墙，从而破墙入城。
为了弄清楚这种上古投射器械的威力和机理，对于所有提到过投射器械的古代作者做一番详细的研究是非常重要的，其目的在于从啰嗦的行文和令人不解的引文中收集出有用的真相。人们普遍认为，比起希腊工匠所建造的投射器械的原型，罗马人征服希腊（B.C.146）之后所制造和使用的投射器，在此后的两至三个世纪里逐渐变得粗劣。主要是因为其关键部件的制造工艺逐步被遗忘，而后竟至失传，这些器械的效率降低了。比如，对每一台古代投射器来说都是至关重要的筋腱绞索（skein of sinew）制作工艺。用来制索（sinew）的腱（tendon）采自动物，具体是何种筋腱及其处理方法今天都已不可考了。我用来试验的各种筋索（sinew）、毛发或绳子，在施加了很大的压力后，只需经过很短的时间，不是断裂损坏就是丧失弹性，不得不费钱费力地加以更新。我们不得不用在模型上的绳束，其强度（特别是弹性），远比不上动物筋腱绞索，甚至还比不上毛发。
投射器杆臂的构造，不论是用于单臂竖直式的扭力式投石机（以下省称为投石机），还是双臂横置式的弩炮，也是现在无法克服的一个难题。因为我们对如何制造此类杆臂以使其能承受巨大的形变一无所知。我们只知道大型投射器的杆臂是由数根木杆和又粗又长的筋腱沿纵向配合起来，而后再用较宽的生兽皮条绑扎成圆形，等兽皮干了以后就会又紧又硬，犹如一层金属外壳。我们知道这些，但却不知道制作一根既轻便又有韧性，强度又足以承受施加在投石机和弩炮上的变形的杆臂，秘诀在哪？
当然，通过制作一个很粗的杆臂，这样是不会折裂了，但是对重量影响太大，而重量不合理则使杆臂达不到以较高效率投出弹丸所需的速度。由坚硬实木制作的笨重的杆臂，其轻便和效率当然比不上由木头，兽筋和兽皮复合的杆臂。前者在抛石时必然会较为迟缓，而后者相比之下就较为快捷而有弹性，就好像一个钢制弹簧。
当希腊人完美的投射器制造技艺已经失落，人们只能用低效的设计取而代之。假如上古时代巨型投石机的制造技术能按其完美原样保存，中世纪那笨拙的配重式投石机（Trebuchet）根本就不会得以普及。配重式投石机的威力乃是籍由回转臂一端的巨大配重使另一端抬起，带动其上安装的掷弹带以投射石弹。至于射程，配重式投石机不管有多大，由于只是依赖配重工作，与依靠螺旋型紧紧扭曲的巨型筋腱绞索弹性的投石机相比，其效率是无法相提并论的。毫无疑问，假如后者能以其完美的形态保存下来，那么大炮的引进将会推迟很多——因为早期大炮的作战效果比起上古最好的投射器械来曾长期明显落后。
尽管有着众多的困难，我还是成功地重新制造出各主要种类的古代投射器械，当然，那是按比例缩小很多的。而且我还成功地将其与其所代表的古希腊和罗马武器原型的射程做了对比。当然，我的投射器的工作机理并不完美，而且在工作造成的形变下总是会损毁。其中的原因之一在于，所有的现代投射器械都要在其极限能力下工作，即，在其破坏点的边缘工作，以期获得与其原型全部相等的结果。古代投射器械与其现代仿制品之间的一个重大区别在于，不论仿制品的效果多好，古代投射器械能轻而易举的胜任其工作，而且工作在其强度范围内，不会有过度变形从而使其在短期使用后毁坏。
经常引起争议的投石机和弩炮的射程问题可以通过对比其性能，即古代军事作家所给出的性能和现代复制品的实验结果而获得相对精确的解决。在处理此类问题时，我们必须仔细地将攻城时投射器械的位置和环境因素考虑进来，特别是还要考虑到攻城器械的制造目的。例如，弓箭手由于利用了在高塔和雉堞的优势，可以将箭矢轻松地射到270～280码（246-256米）射程。为此之故，为了安全操作攻城器械，很有必要将其置于任何被围城墙的300码（274米）之外。由于投石机和弩炮的作用不仅在于向筑垒地点防御工事上的士兵投射矢石（missile），同时也要清除城头，攻击防御工事内的房屋和人员，所以很明显的，投射器械的射程要达到400至500码（365~457米）或以上，才能适于操作，并具有其曾经确有过的破坏性。
约瑟夫斯告诉我们在A.D.70年的耶路撒冷之围中（犹太战记·第五卷·第6章），重达1塔兰特的巨石（其值在古代地中海地区处处不同，在23-30kg间变化，此处作者取为57.75英磅=26.2kg）被投石机掷出了2个斯塔迪亚以上（1 stadium=185米）。此处的陈述应该是值得确信的，因为约瑟夫斯谈及了他的亲眼所见，这是一位聪明的高级指挥官的意见。“两个斯塔迪亚以上”，姑且认为是2至2.1/4斯塔迪亚，也就是400至450码 (=370~415米）。我们有确凿而又不容置疑的证据证明约瑟夫斯描写的真实性：我最大的一台投石机——当然比那位历史学家所提到的要小很多，威力也逊色很多——可以将一枚重8磅（3.6kg）的石弹投到450至500码远的地方。所以我们很容易就能明白，古代配有筋腱绞索的巨大而又完善的投石机可以将远重于8磅的石弹发射到500码以外去了。
埃吉西斯特拉图斯 ，一位活跃于B.C.200年左右的希腊作家，曾著有论述制造军用武器的专题论文，其中估计某些投射器械的射程可达3.5至4个斯塔迪亚（670-740米）。尽管如此之长的飞行距离显得似乎不可思议，但我却举不出任何合理的理由来置疑其可能性。根据我最近的试验结果，如果不计成本而且使用较轻的投射物（missile）的话，我有信心也能制造出一台可以完成此项壮举的投射器来。
古代攻城利器
中国的投石器最早出现于战国时期，用人力在远离投石器的地方一齐牵拉连在横杆上的梢（炮梢，架在木架上，一头用绳索栓住容纳石弹的皮套，另一头系以许多条绳索，方便人力拉拽）将石弹抛出，分单梢和多梢。最多的有七梢，需250人施放。
北宋开宝八年（975年），宋朝在攻灭南唐时使用了“火炮”。这是一种使用可燃烧弹丸的投石机。北宋政府在建康府（今江苏南京）、江陵府（今湖北江陵）等城市建立了火药制坊，制造了火药箭，火炮等以燃烧性能为主的武器，宋敏求在《东京记》载，京城开封有制造火药的工厂，叫“火药窑子作”。这时的弹丸已可爆炸，声如霹雳，故称之“霹雳炮”。靖康元年（1126年），金入围攻汴京，李纲在守城时曾用霹雳炮击退金兵，“夜发霹雳炮以击贼，军皆惊呼”。
南宋初年，右正议大夫陈规著《守城机要》，其中对投石机（炮）有详细阐述：
攻城用大炮，有重百斤以上者，若用旧制楼橹，无有不被摧毁者。今不用楼子，则大炮已无所施。兼城身与女头皆厚实，城外炮来，力大则自城头上过，但令守御人靠墙坐立，自然不能害人；力小则为墙所隔。更于城里亦用大炮与之相对施放，兼用远炮，可及三百五十步外者，以害用事首领。盖攻城必以驱掳胁从者在前，首领及同恶者在后。城内放炮，在城上人照料偏正远近，自可取的。万一敌炮不攻马面，只攻女头，急于女头墙里栽埋排叉木，亦用大绳实编，如笆相似，向里用斜木柱抢，炮石虽多，亦难击坏。炮既不能害人，天桥、对楼、鹅车、幔道之类，又皆有以备之，则人心安固，城无可破之理。
攻守利器，皆莫如炮。攻者得用炮之术，则城无不拔；守者得用炮之术，则可以制敌。守城之炮，不可安在城上，只于城里量远近安顿；城外不可得见，可以取的。每炮于城立一人，专照斜直远近，令炮手定放。小偏则移定炮人脚，太偏则移动炮架；太远则减拽炮人，太近则添拽炮人。三两炮间，便可中物。更在炮手出入脚步，以大炮施小炮三及三百步外。若欲摧毁攻具，须用大炮；若欲害用事首领及搬运人，须用远炮。炮不厌多备。若用炮得术，城可必固。其于制造炮架精巧处，又在守城人工匠临时增减。
用炮摧毁攻具，须用重百斤以上或五七十斤大炮。若欲放远，须用小炮。只黄泥为团。每个干重五斤，轻重一般，则打物有准，圆则可以放远。又泥团到地便碎，不为敌人复放入城，兼亦易办。虽是泥团，若中人头面胸臆，无不死者；中人手足，无不折跌也。
载有霹雳炮的南宋战船南宋绍兴三十一年（1161年）。宋军已经将霹雳炮装备在水师舰船上。金海陵王完颜亮撕毁《绍兴和议》伐宋时，虞允文在采石矶反击金军渡江，“舟中忽放一霹雳炮，盖以纸为之，……自空而下，……其声如雷，纸裂而石灰散为烟雾，眯其人马之目，人物不相见。……逐大败之”[2]。
后来蒙古南侵之时，金军也学会类似的方法抗蒙。金天兴元年（1232年），赤盏合喜驻守汴京，“其守城之具有火炮名‘震天雷’者，铁罐盛药，以火点之，炮起火发，其声如雷，闻百里外，所爇围半亩之上，火点著甲铁皆透”[3]。南宋军队也同样以之抗蒙。元至元十四年（1277年），元兵攻静江（今广西桂林），静江外城被攻破，守将“娄钤辖犹以二百五十人守月城不下”。元军围之十余日，“娄乃令所部入拥一火炮燃之，声如雷霆，震城土皆崩，烟气涨天外，兵多惊死者，火熄入视之，灰烬无遗矣”
蒙古军队则从波斯人那里学来“回回炮”“襄阳炮”，即“平衡重锤投石机”，又称“配重式投石机”。用绞盘升起重物，靠重物下坠的势能转化动能把杠杆另一头的炮弹射出。其平衡重锤重量通常在4到10吨左右，以致整个投石机形体庞大。
《元史·阿里海牙传》载：“会有西域人亦思马因献新炮法，因以其人来军中。”“机发，声震天地，所击无不摧陷，入地七尺”。
到了14世纪中期，有的抛机竟能抛射将近1000磅重的弹体。威力巨大，近代试验表明，吊杆长50英尺，平衡重锤为10吨的抛石机能将200到300磅的石块抛射约300码的距离。可以投掷一个或多个物体，物体可以是巨石或火药武器，甚至是毒药、污秽物、人或动物的尸体，达到心理战的目的，同时也可能是最早的生化武器。
罗马帝国时期的投石器，是靠扭力或者弹力抛石。
扭力投石机及弹丸扭力抛石机依靠扭绞绳索产生力量弹射。弹射杆平时是直立的，杆的顶端是装弹丸的“勺子”或皮弹袋，杆的下端插在一根扭绞得很紧的水平绳索里。弹射时，先用绞盘将弹射杆拉至接近水平的位置，在“勺子”或皮弹袋里放进弹丸。松开绞盘绳索时，弹射杆恢复到垂直位置将弹丸射出。
弹力抛石机又称弹弩，依靠弓弦的弹力来抛射，是机械弓弩的变种[1]