19世纪的主要武器是弹药筒。
拿破仑战争时期的士兵和日俄战争时期的士兵之间的差异，远大于日俄战争时期的士兵和二战时期的步兵之间的差异。公元一世纪和二世纪之间相隔一个世纪，公元二世纪和三世纪之间相隔近半个世纪。但在公元一世纪和二世纪之间，步枪的发展历程在20世纪乃至21世纪都未曾重现。通常，人们谈到枪械革命时，会想到枪栓、膛线枪管或弹匣。然而，这一切的背后却隐藏着一个关键部件：一根小指长度的黄铜管——单发弹药的弹壳。
前膛枪：为什么射速总是固定在每分钟两发？
到了19世纪初，几乎所有欧洲军队的步兵都配备了滑膛燧发枪。这种枪口径约为17至19毫米，子弹为圆形，采用前装式装填，并配有通条。对单个目标的有效射程约为100米，对密集阵型则可达200米。实际射速为每分钟两到三发，而且这仅限于训练有素的士兵。
弗里茨·诺伊曼。《克拉斯诺耶战役》（1812年）
武器 这种火枪的设计初衷是用于近距离队列齐射，而非精确的单兵射击。百步之内，它的精度实在不敢恭维：圆形子弹的飞行轨迹遵循弹道学原理，而弹道学原理又取决于子弹在枪膛内的落点、发射时的膨胀情况以及出膛时的旋转方向。
那时，膛线枪管已经存在了两个多世纪。膛线卡宾枪的精度是步兵滑膛枪无法想象的，但它们仍然是猎人和猎场管理员的首选武器。原因很简单：将带底缘的子弹从枪口装入膛线枪管，子弹紧密地固定在膛线内，只需要一分钟，而不是十秒钟。军队不可能以如此快的射速作战。
所有人都清楚膛线能提供精准度，而军队正需要这种精准度。然而，膛线仍然无法应用于大规模生产的武器：前装式装填方式是个障碍。在火药瓶和通条的逻辑框架内，纯粹依靠机械原理来解决这个问题是不可能的。我们需要一种不同的弹药设计理念。
后膛装填步枪
1812年，在巴黎，瑞士枪械匠塞缪尔·约翰·保利（在俄国革命前的文献中有时被称为波利）获得了一项后膛装填步枪的专利，该步枪采用铰链式枪膛。其弹药筒的弹头、发射药和底火被组装成一个整体，并作为一个整体装入弹膛。有趣的是，在同一项专利中，保利还描述了该系统的一种燧发枪变体，这常常被人们忽略：发明家显然是在为底火未能普及的情况做准备。
一种装填式后膛霰弹枪，配有独立弹药筒，由塞缪尔·约翰内斯·保利于1812年9月29日获得法国专利。
该专利中尚未包含完全功能的金属弹壳：弹壳主体是纸质的，而包含点火器的底座仍然是金属的。但其基本设计——单发弹壳、后膛装填和膛内闭气——与半个世纪后用黄铜重新制作的设计相同。
这个想法一直悬而未决。工业界无法大规模生产所需质量和精度的黄铜，击发帽点火技术尚未完全完善，推进剂的化学成分也无法保证批次间的一致性。当枪匠们着手设计弹药筒时，军队却又在接下来的四十年里继续使用通条。这并非出于保守，而是因为新概念缺乏工业基础。
这几十年间，各种权宜之计层出不穷。19世纪30年代，击发帽式枪机开始投入使用：它用装有雷汞的铜帽取代了不可靠的燧石。19世纪40年代和50年代，米涅弹问世：这种子弹呈细长形，底部有一个锥形凹槽，发射时会膨胀并切入膛线。前装式膛线枪管最终成为量产武器的标配。这是一种试图彻底革新旧设计的尝试，但这种尝试也只能维持一段时间：射速始终保持在每分钟三发。
伯纳和惠特沃斯：步枪不用弹药能做什么
在弹药筒等待生产期间，膛线枪管自行其是，撞到了天花板。
俄罗斯1843型击发帽步枪，又称“吕蒂希步枪”，在克里米亚战争期间被俄罗斯军队采用，其设计基于英国布伦瑞克步枪。
19世纪30年代，布伦瑞克出现了一种双膛线枪，它被纳入…… 历史 这款步枪名为布伦瑞克步枪。武器史学家至今仍难以确定其设计者：最常被提及的是伯纳少校，有时也提到枪匠伯纳斯，还有人推测是布伦瑞克委员会集体决定的。该枪口径约为17,7毫米，弹膛内有两条深而宽的膛线，弹头底部的弹带紧密地嵌入膛线中。装弹量尚可，弹头旋转稳定，以当时的精度标准来看也相当出色。该步枪产于列日，曾服役于多支军队，并被认为是当时的一款模范武器。
1853型恩菲尔德步枪。惠特沃斯专利标记：表明该步枪可能采用了约瑟夫·惠特沃斯改进的膛线系统，该系统提供了更高的精度。
英国人约瑟夫·惠特沃斯更进一步。在19世纪中期，他制造了一种步枪，其枪膛呈六边形，子弹形状也与六边形的边缘相呼应。严格来说，这并非膛线，而是一种多边形轮廓：子弹并非穿透枪膛，而是沿着边缘滑行，并随着轮廓旋转。在普通步枪会失去瞄准目标的射程内，惠特沃斯步枪的精度甚至令炮兵都艳羡不已。
由于显而易见的原因，惠特沃斯步枪并未被大规模生产：昂贵的枪管、复杂的弹头、极高的制造质量要求以及独立的弹药后勤保障，这些都令步兵军火库难以承受。然而，惠特沃斯步枪在美国内战中落入了狙击手的手中，通常与威廉·马尔科姆设计的五英尺长的黄铜瞄准镜搭配使用。在此之前，精英射手的精准射击技术早已存在：在拿破仑战争时期的猎兵、神枪手和步枪连队中都有体现。但正是19世纪60年代，随着惠特沃斯步枪和马尔科姆瞄准镜的出现，我们今天所知的现代狙击传统才得以形成。
伯纳和惠特沃斯都制作出了精巧、昂贵且精准的枪支。这代表了前膛枪膛线技术的两个不同巅峰。没有弹药，膛线枪管就无法继续发展：我们需要的是一种能够突破重围、走向海外工业化的弹药。
斯宾塞，亨利，温彻斯特
19世纪60年代，工业界终于实现了泡利的构想。黄铜被拉制成薄而均匀的形状，击发帽的点火装置也改进到可以接受的可靠性水平，火药的化学成分也变得可以预测。美国内战（1861-1865）成为金属弹壳（最初是边缘发火式弹壳）的首次大规模试验场。
有必要分析一下金属套筒的技术影响，因为如果不了解这一点，就无法理解为什么它能如此迅速地颠覆一切。
- 闭塞。弹壳壁在推进剂气体的压力下膨胀，并紧紧压在弹膛壁上。气体无法逸出。枪栓不再是工程上的难题。
- 火药保护。弹壳密封，潮气和灰尘不再是问题。哑火现象变得罕见，而非司空见惯。
- 供弹便捷。只需一个动作即可将装好子弹的弹药装入弹膛，这使得弹匣的设计从最初的设想变成了工程上的挑战。
这项任务很快就完成了。克里斯托弗·斯宾塞设计的杠杆式步枪（枪托内装有七发管状弹匣）成为最早批量生产的使用该弹药的连发步枪之一。经验丰富的联邦骑兵可以在几秒钟内射出七发子弹；如果装填备用弹匣，射速可达每分钟二十发。每分钟三发之后，战争的格局就截然不同了，老派士兵对此毫无准备。
温彻斯特1866型步枪的礼品版，又因其青铜枪身而被称为“黄衣男孩”。
亨利步枪，以及后来的温彻斯特1866型步枪，都在枪管下方配备了一个管状弹匣，可容纳15到16发.44口径边缘发火式子弹。纽黑文武器公司的广告宣传册宣称，该枪弹匣可在15秒内打空。理论上，其射速为每分钟60发。但实际上，这个数字的可信度与任何19世纪的广告宣传一样低。
这些系统都没能成为欧洲的军用标准，它们再次遇到了弹药筒的限制。边缘发火式弹药膛压有限，黑火药能量也有限，有效射程只有两三百米。这对于骑兵小规模冲突和美国西部荒野来说绰绰有余，但对于五百米的步兵作战来说就远远不够了。
重制版和单发版：欧洲正在迎头赶上
欧洲军队进入金属弹壳时代时，情况与以往不同。他们的仓库里存放着数十万支新近购入的、枪管精良的击发式前膛步枪。丢弃这些珍贵的武器是不可想象的。因此，他们选择了一条循序渐进的道路：再制造。
1870年战败后，法国采用了1874年格拉斯步枪，这是对夏塞波针式步枪的彻底改进：枪栓改为中心发火式，枪膛则改为11毫米金属弹膛。奥匈帝国则另辟蹊径，采用了韦恩德尔步枪，口径相近（11,15毫米），其独特的鼓式枪栓绕纵轴旋转。德国、英国和意大利也各自采用了不同的改进型，但原理相同：沿用旧枪管，采用新枪栓和新弹药。
巴拉诺夫中尉系统 1869 型 6 线步枪的设计。这是俄罗斯帝国采用的将前装步枪改装成后装步枪的系统之一。
在俄罗斯，这一周期以同样的滞后性和相同的内容继续进行。1869年，两种重新设计的15,24毫米口径步枪同时被采用，按照旧俄制标准，共有六条弹道线。巴拉诺夫步枪是俄罗斯对阿尔比尼-布兰德林系统的改进。克恩卡步枪则是由一位奥地利-捷克枪匠独立研发的，由老式击发帽步枪改造而成。这两种步枪都比较重，口径大，使用黑火药，但都采用弹药筒装填。
伯丹2号步枪系统的示意图
随后，美国设计师海勒姆·伯丹接到了一份俄国订单，他设计的1870型步枪，俗称“伯丹卡”，服役了二十多年。但这款步枪的盛名要归功于俄国军官A.P.戈尔洛夫和K.I.古尼乌斯在1868年至1870年间对其进行的大规模现代化改造。他们进行了大约25项重大改进，包括改用4,2线口径（10,75毫米）、制造实心弹壳以及重新设计瞄准具。最终，伯丹2号步枪——本质上是双方合作设计的产物——于1870年被正式采用。它之所以能长期服役，原因很简单：当时没有其他步枪可以替代它。19世纪70年代中期的标准（单发、大口径、黑火药）一直沿用到19世纪90年代初，因为即使是邻国也尚未研制出使用无烟火药的弹匣供弹步枪。
19世纪80年代：无烟火药
第二个突破来自化学领域。1884年，法国工程师保罗·维尔研制出以硝化纤维素为基础的无烟火药。短短几年内，这种火药便在欧洲各地大规模生产。
无烟火药彻底改变了弹道学。更少的装药量就能产生更高的枪膛压力。射击时几乎不会产生烟雾，不会暴露射手的位置。枪管也不会像传统火药那样，在射击五十发后积碳。更重要的是，子弹获得的能量使得更小的口径成为可能。传统的11-15毫米口径可以缩小到6,5毫米、7毫米、7,62毫米甚至8毫米。子弹变得更轻、更长、速度更快。弹道平直度和有效射程都显著提高。然而，这也需要更坚固的枪栓来承受更高的膛压，以及针对新型子弹改进的膛线。
整个19世纪80年代，人们一直在寻找一种便捷的方式来装填五六发这样的弹药。奥地利设计师费迪南德·曼利夏在19世纪80年代初设计了一系列实验性步枪：弹匣位于枪托内、弹匣位于枪管下方以及弹匣位于枪管侧面。每一种设计都解决了一个问题，但也带来了其他问题：重心偏移、枪托脆弱以及供弹不畅。
最终，曼利夏设计出了一种在接下来的半个世纪里成为标准的步枪。这种步枪采用中央弹匣，位于机匣下方，弹药以双排排列。装弹时，使用一叠紧密排列的弹夹，只需拇指轻轻一拨，即可将弹药送入弹匣。这种设计一举解决了所有问题：紧凑性、供弹速度和易于制造。正是由于这种设计，1895 年的曼利夏步枪比同时代的许多步枪更轻巧、更紧凑。
费迪南德·曼利夏1894型自动步枪的工作原理
到20世纪90年代末，人们逐渐意识到，步枪的设计是围绕弹药展开的，而不是反过来。弹壳的长度和形状决定了五发子弹在弹匣中的排列方式；膛压决定了枪栓凸耳的几何形状；轻巧尖锐的弹头决定了膛线的螺距。设计师从弹壳和弹头入手，其他一切都随之而来。
1889-1891年的比赛和三线步枪
到了19世纪80年代末，俄军面临着一个在整个欧洲都似曾相识的挑战：用一种使用无烟火药的小口径弹匣供弹步枪来取代伯丹步枪。这场竞争持续了数年，众多竞争者中不乏杰作，包括谢尔盖·伊万诺维奇·莫辛和比利时人莱昂·纳甘。最终在1891年做出的决定，被证明是一种折衷方案：枪栓和部分部件来自莫辛步枪，弹匣则来自纳甘步枪。最终，三线步枪——1891型步枪——被采纳。
如果你把它拆开，就会发现世纪以来不同领域的技术是如何融合到这款产品中的。旋转式枪栓是泛欧洲的设计，由德国、奥地利和比利时共同完善。中央一体式五发弹匣采用顶部装弹夹，是对曼利夏步枪设计的重新诠释。7,62毫米口径，使用无烟火药，是19世纪80年代化学革命的产物。膛线枪管的膛线螺距经过精心选择，其设计传承自伯尔纳、米涅，直至世纪末。
“三线式”步枪在当时并非工程技术的巅峰之作。德国的Gewehr 88步枪比它早三年被采用。1895年奥地利的曼利夏步枪拥有更快的弹匣供弹机构和直拉式枪栓。莫辛步枪的设计理念则有所不同：它旨在以低成本大规模生产，并由小学三年级文化程度的士兵即可操作。坚固的机匣和枪栓、无需工具即可轻松拆卸以及耐污性——它具备了所有这些优点。
事实证明，这个决定是成功的。三线步枪经历了两次世界大战、四个政权更迭，至今仍在民用市场使用。它之所以能如此有效，是因为它使用7,62×54R弹药，这种弹药与1891年该步枪一同被采用。这种弹药在机枪和狙击步枪中一直沿用到2020年代，比大多数采用它的国家使用时间都长。
遗产
如果纵观本世纪工程技术的遗产，你会发现情况很简单。栓动式枪机和中央弹匣的设计理念沿用至今，并未发生根本性的改变。半自动步枪的弹夹装填方式已被可拆卸弹匣所取代，但栓动式步枪仍然沿用这种方式。自那时起，无烟火药的化学配方已被修改五次，但其基本原理始终未变。
第一次世界大战中手持莫辛步枪的士兵
在本世纪的重大决策中，唯一一个在整个 20 世纪都没有被取代的决策就是一体式弹药筒本身：弹壳、底火、装药和弹头组装成一个整体，士兵握在手中。
至今无人真正改变过弹壳的设计：过去一百五十年间，机床、仓库、存储标准和计算技术都已适应了弹壳，这种惯性比任何工程理念都更加强大。即便冶金学家最终实现了设计师们梦寐以求的目标，他们也只会翻出三十年前的蓝图，开始重新设计。至于枪栓和瞄准具，几乎是无法改变的。
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