上頁 槍械發展史──第一章 火藥的發明 首頁

概論

火藥是近代戰爭史上最重要的發明。由於火藥的出現,讓中古世紀城堡深溝高壘不足為恃;由於槍砲的發明,貴族騎士的堅甲利兵也如明日黃花。封建制度下的軍事統治集團不再具有超越一般人民的武裝優勢,相對地他們的權力和地位也隨之下降。Thomas Carlyle 說,火藥「讓所有的人變得一樣高。」我們可以說,由於火藥及火器的發明,造成騎士制度的沒落,從而為後來民主制度的建立打下了基礎。它們的影響深遠,讓世界歷史的演進走上另一個方向。

古代火器

從有史以來,人類在戰爭時就已經注意到使用火攻。在小亞細亞的亞述帝國(Assyrian,公元前 1000 年至公元前 700 年)就已將瀝青或原油加上硫磺及其他易燃物裝在箭頭做為火攻的工具。中國使用火攻可能更早,孫子十三章中更有一章專論火攻,就連三國演義中都說諸葛孔明一生擅用火攻,可見火攻在古代軍事中的地位。

不過,有系統有效率的使用火器,並且賴其維繫了整個帝國生存的,首應歸於公元 7 世紀時發明的「希臘之火」。

Greek Fire

拜占庭(東羅馬帝國)海軍以「希臘之火」攻擊回教徒戰船

「希臘之火」據傳是由一名希臘建築師 Kallinikos 於公元 673 年在君士坦丁堡圍城戰時發明。這種燃燒物質呈液體或半液體狀,通常以管子噴射,比水輕,在水上會快速擴散;它在引燃後會持續燃燒,很難撲滅,可以說相當於現代的燒夷彈(naplam)。

希臘之火是東羅馬帝國對抗土耳其回教帝國的秘密武器,他們稱它為帝國衛神(Palladium of the Empire)。東羅馬帝國非常小心地保持它的配方秘密,歷代皇帝除了下令嚴守秘密,將洩漏其配方視為最嚴重的叛國罪外,更藉助宗教的力量,透過東正教教會宣佈洩漏配方的叛徒靈魂將會永遠在地獄之火中煎熬,不得超生。

由於有這個軍事技術上的優勢,東羅馬帝國才能力抗回教勢力達數百年之久。在陸上雖然土耳其回教徒佔有絕對優勢,在海上卻連戰皆北,無法對東羅馬帝國進行全面封鎖,主要的原因就是希臘之火。土耳其回教徒在 12、13 世紀終於取得希臘之火的配方後,東羅馬帝國的覆亡已是指日可待。

西方歷史學家傳統上認為希臘之火是西方火藥的鼻祖。但根據近年來對發現的希臘之火配方的研究,它的成分中並不含硝,主要是由黑海到裡海間地區出產的石油精,加上硫磺和松脂製成,所以很顯然火藥不是從它衍生出來的。西方對硝的認識要遲至 13 世紀,所以火藥在西方的出現另有來源。

西方早期的火藥記錄

西方對火藥的發明一直是存而不論,基本上他們知道這不是源於歐洲,但是究竟源於何處並沒有定論。我想,除了對其他文明的記錄接觸不夠外,恐怕優越感也多多少少在作祟。

Berthold Schwarz在一種說法中,火藥據傳是由一個日爾曼的 Freiburg-in-Breisgau 基督教修士 Berthold Schwartz 在 9 世紀時發明的。但是這個說法有兩個大問題:其一是這完全沒有任何實物或文字上的證據,唯一可以引證的都是在 15 世紀左右的資料,其可靠程度值得懷疑。其二是根據13、14 世紀時火藥的知識與應用在歐洲快速傳播的速度,很難想像如果真的是在 9 世紀就發明的話,會沒有人留下任何記錄。因此,這個說法在近年來已經被歸類為純粹傳說而已。

另一種說法來自 Liber Ignium ad Comburendos Hostes(The Book of Fires for Consuming the Enemy),此手卷據說是 Albertus Magnus(大約 1193-1280 AD) 所作, 其中的火藥配方聲稱來自一名希臘修士 Marcus Graecus(Mark the Greek)。但是一來此手卷並沒有確切的著作日期,只知道在 1300 AD 之前流傳;二來研究學者認為其中內容不見得完全出於同一人之手,可能日後經過增補,也有部份該是來自阿拉伯人著作。由於無法確認著作日期(或火藥配方加入手卷的日期),所以無法佐證認定這個手卷是最早提到火藥的文獻。

目前公認在西方歷史文件中第一次出現有關火藥的記錄,是由英國修士羅傑•培根(Roger Bacon)在公元 1242 年左右寫的手卷:De Mirabili Potestate Artis et Naturae論藝術與自然的奇偉力量)。在這本書中,培根用密語記載了一個火藥的配分,以及其引燃後爆炸的特性,譯文是「如果你知道其藝術的話,將七份硝石、五份嫩榛樹枝、和五份硫磺放在一起,你將可以造出雷鳴與毀滅。」

培根自己並沒有說是他的發明,很可能他只是將其記錄下來而已。至於為何用密語,主要可能是為了逃避教會的注意。羅馬教會在公元 1139 年曾經宣佈一個教令,禁止討論或製造做為軍事用途的引火配方。不過到了公元 1266 年,在培根的另一本呈給教宗克理門四世的手卷 Opus Teritus 中,又再度談到火藥:「From the flaming and flashing of certain igneous mixtures and the terror inspired by their noise; wonderful consequences ensue which no one can guard against or endure. As a simple example maybe mentioned the noise and flame generated by the powder, known in diverse places, composed of saltpetre, charcoal and sulphur. When a quantity of this powder, no bigger than a person's finger, be wrapped up in a piece of parchment and ignited, it explodes with a blinding flash and a stunning noise ...」。從一個以密語記載的禁忌到公開地談論火藥,可見火藥的存在在當時已經是普遍被接受的事實了。

火藥是中國的發明

不過,培根並沒有說火藥是他自己的發明,在他公元 1266 年的手卷中更說火藥是「廣為人知」(known in diverse places),可見他很可能是個記載者。而到底誰是火藥的發明者呢?我想我們可以從火藥的成分來推斷。

火藥的主要成分是硝、木炭、硫磺。後兩者不足為奇,在西方早就有使用的記錄,也是戰爭中引火物的重要成分。但是真正讓火藥具有爆炸的性質並跟從前那些引火物有所區別的地方在於硝的存在,所以對於硝的知識和使用可以作為很好的指標。

硝(saltpeter)是硝酸鉀(potassium nitrate)的俗稱,天然硝是白色結晶,通常產在炎熱氣候下水畔的鹽滷地,或是在人畜排泄物的堆肥中。西方在 13 世紀前並不知道有硝的存在,完全找不到有關硝的記錄,他們對硝的認識很可能是從阿拉伯人來的。而阿拉伯人知道硝的存在也比西方早不了多少,阿拉伯文獻中第一次提到硝是在 Abu Mohammed al-Malaqi Ibn al-Baitar 於公元 1240 年寫的手卷 The Book of the Assembly of Medical Simples中,稱之為「中國雪」、「中國鹽」。

而中國對硝(古文又作「消」)的認識與使用早在西元前二世紀時就有記載,史記扁鵲倉公列傳中說:「菑 川王美人懷子而不乳,來召臣意。臣意往,飲以莨藥一撮,以酒飲之,旋乳。臣意復診其脈,而脈躁。躁者有餘病,即飲以消石一齊,出血,血如豆比五六枚。」可見中國很早之前就把它拿來當藥使用,而最早的使用可能可以回溯到西元前四世紀。集韻說「芒硝」是藥石的一種,本草綱目載:「生消石,諸鹵地皆產之。」

另外,在傳統煉丹士的配方中,硝石也一直也是很重要的成分之一。所謂「消」,原來就有「消融」的意思,用在煉丹術中,取的就是它可以用來將某些礦石溶解的特性。當時硝的用量一定不小,後漢書禮儀志中說:「日夏至,禁舉大火,止炭鼓鑄,消石冶皆絕止。」可見當時不只是採集天然硝來用,更有提煉硝石的工業。

公元 300 年時葛洪著的抱朴子內篇卷十六黃白卷中的「小兒作黃金法」中已經有用硫磺、硝石及其他原料混合而成的煉金秘方。唐代名醫孫思邈(公元 650 年)也曾使用硫磺和硝石製成具可燃性的藥方。公元 808 年,趙乃安的書中記載了一份由兩份硝石、兩份硫磺、以及半份乾藥草混合而成的藥方。到了公元 850 年,一本道教煉丹書中記載,有人將硫磺、硫化砒、硝石及蜂蜜混合起來燃燒,不但燒傷了手和臉,連房子都燒掉了。公元 1040 年出版的武經備要上列了三份非常接近火藥的配方。

敦煌石刻,右上角的天魔(小鬼?)手持噴火筒。

火藥在中國軍事上最早是用在噴火筒上,將火藥及其他易燃物或毒素混合裝在竹筒中,再裝在矛桿前端,點燃後噴向敵人。最早的記錄不是在書上,而是在敦煌石窟出土的一幅絹畫上。在這幅佛教故事畫上,佛陀在菩提樹下靜坐,周遭的魑魅魍魎正使用各種方法來擾亂祂的心志,在圖畫的右上角有一天魔正使用一根噴火筒,噴出熊熊烈焰。這幅絹畫年代不會晚於公元 950 年,所以我們可以推知早在 10 世紀初中國已經知道使用噴火筒。另一敦煌的石刻中,也有噴火筒的身影。

現代仿製 17 世紀時的中國炸彈與多管火箭

到了 11 世紀中期, 中國已經有爆炸性的炸彈出現。出版於公元 1044 年的武經備要中描述如何製造「轟天雷」,雖然主要是用來在敵軍人馬間製造混亂,殺傷力不是很強,但的的確確是會造成如雷鳴般巨大聲響的炸彈了。

火箭大約在公元 1150 年左右出現,最早是用在煙火上,但是很快地就被用來做為發射箭矢之用。除了多管火箭(像今天的蜂炮)外,更有多段火箭的出現。

中國古代早期的火砲、多管火箭、及名為「梨花槍」的長矛噴火筒

金宋交戰時已經普遍使用火砲,不過當時所謂的火砲應該指的是炸彈。金史列傳第三中記載金朝水師被南宋水師擊敗的經過:「有頃,敵果至,見我軍無備,即以火砲擲之。鄭家顧見左右舟中皆火發,度不得脫,赴水死,時年四十一。」火砲能夠丟擲,顯然是炸彈或燃燒彈之類,不是後來用火藥推進的大砲。

到了公元 1221 年金人在對抗南宋時使用鐵殼的「震天雷」。鐵殼炸彈的使用顯示著火藥配方的進步,殺傷力大增,已經不是僅僅用來做為嚇人的工具。

公元 1231 年金人在山西用它來對付入侵的蒙古人。金史列傳第四十九完顏訛可列傳:「板訛可提敗卒三千奪船走,北兵追及,鼓噪北岸上,矢石如雨。數里之外有戰船橫截之,敗軍不得過,船中有火砲名『震天雷』者連發之,砲火明,見北船軍無幾人,力斫橫船開,得至潼關,遂入閿鄉。」。

到了公元 1232 年蒙古人圍攻金國行都南京(開封)時,也使用震天雷來守城。金史列傳第五十一赤盞合喜列傳:「其守城之具有火砲名『震天雷』者,鐵殼盛藥,以火點之,砲起火發,其聲如雷,聞百里外,所爇圍半畝之上,火點著甲鐵皆透。大兵又為牛皮洞,直至城下,掘城為龕,間可容人,則城上不可奈何矣。人有獻策者,以鐵繩懸『震天雷』者,順城而下,至掘處火發,人與牛皮皆碎迸無存。又飛火槍,注藥以火發之,輒前燒十餘步,人亦不敢近.大兵惟畏此二物云。」金國守軍將震天雷用鐵鍊垂入挖牆打洞的蒙古軍戰壕中,引爆後蒙古士兵屍骨蕩然無存;這種爆炸威力與應用,當時無論西方或是阿拉伯都是瞠乎其後。

很明顯的,火藥是中國的發明。

火藥到達西方的路徑

在一般歷史學家的說法中,認為火藥是經由蒙古西征傳到歐洲的。其實這個說法有很多疑點。

首先來看一下所謂的蒙古西征是什麼。在蒙古史上的西征有三次,第一次蒙古西征發生在公元 1219 年,成吉思汗親征攻滅中亞的花剌子模,並分軍攻打俄羅斯欽察部及印度河流域北部,直到公元 1225 年返回蒙古本部。第二次西征發生在窩闊台汗時期,在攻滅金國後,派拔都於公元 1235 年西征,下莫斯科,敗東歐聯軍,前鋒直逼維也納近郊,後因窩闊台病逝,於公元 1242 年班師。第三次西征為蒙哥時期,公元 1252 年派旭烈兀進攻近東一帶,10 年內滅木剌及黑衣大食,下巴格達,入敘利亞。

第一次蒙古西征基本上只到達中亞一帶,並沒有跟歐洲有直接的接觸。而且成吉思汗當時不過是蒙古草原上游牧民族的霸主,文化仍相當落後,對於火藥的認識應該極為有限。而中國當時有金、宋對峙,雙方對於像火藥這種軍事技術的管制相當嚴格。北宋時就已經禁止將硝石及硫磺輸出外國,並且將其收為公營。宋史食貨志下八有道:「熙寧八年,市易司請假奉宸庫象、犀、珠直總二十萬緡,於榷場貿易,明年終償之。詔許。九年,立與化外人私貿易罪賞法。河北四榷場,自治平四年,其貨物專掌於三司之催轄司,而度支賞給案判官置簿督計之。至是,以私販者夥,故有是命。未幾,又禁私市硫黃、焰硝及以盧甘石入他界者,河東亦如之。元豐元年,復申賣書北界告捕之法。」。

對於一個還是文化落後、近乎野蠻的游牧民族來說,他們如何獲得火藥、瞭解它的成分、並且大量應用在作戰上呢?更何況,蒙古草原上不產硫磺也不產硝石。所以不可能是發生在第一次西征時。

蒙古第二次西征的拔都西征,在範圍上要遠得多,在時間上也比較妥貼(公元 1235 年至 1242 年)。此時蒙古已經滅金,接收華北一帶,應該接觸過火藥。但是再仔細考究一下,蒙古並沒有長程補給的能力,拔都如何能夠在西征時維持大量的火藥儲備?而且蒙古在滅金時基本上以燒掠戰略為主,人民流離失所,更不可能維持火藥的生產與儲備。

另一方面,早期的火藥威力不足,無法用以攻城。金人、宋人對火藥的使用主要是在人員殺傷方面(例如:「轟天雷」、「震天雷」之屬),要說蒙古西征用火藥來攻城,這種可能性極微。更何況,蒙古人自公元 1235 年至 1251 年間跟南宋長期交戰達 10 多年之久,即使有火藥,應當會用在跟南宋的戰爭上,能有多少剩下來千里迢迢地拿去供應拔都?

更進一步來看,以蒙古人作戰時的燒殺傳統來說,他們鐵蹄下的又有多少倖存者能夠知道蒙古人使用火藥的秘密與配方?這個配方又如何能夠在 1241 年前流傳到西歐讓培根寫入他的書中?培根既然是從他人口中得知火藥的存在與成分,很顯然這個知識的傳播要更早得多,因此拔都西征而帶入火藥的說法也是不太可能。

而第三次西征則時間過晚,雖然直接進入近東,跟當時燦爛的回教文化大量接觸,而且當時滅金已經 10 多年,有可能已經掌握到火藥的製造與使用,但是這時間卻晚於西方最早記載火藥的記錄。所以這也不能做為火藥西傳的時間。

公元 1293 年日本記載蒙古入侵(公元 1274 年及 1281 年)的手卷插畫,在左方蒙古士兵前爆炸的正是鐵殼的「震天雷」。日本當時沒有火藥,「震天雷」的來源大概是從蒙古軍手上俘獲的戰利品。

那麼,到底是怎麼傳播的?比較有可能的是東來從事貿易的所謂「胡商」,也就是阿拉伯人。他們到了中國,特別是南宋,自然對於火藥會有所接觸。他們可能認為這是非常好的商機,因此就將其引進中東一帶,再輾轉傳入歐洲。這要比由沒有什麼文化的蒙古游牧民族做為傳播媒介要可能得多了,前述阿拉伯文獻對「中國雪」的記載也是很好的佐證。

火藥原理

火藥一般又稱為「黑色火藥」(black powder),其實比較接近灰黑色。在火藥的成分中,硝(硝酸鉀)的功用是提供氧氣,木炭中的碳(C)提供燃燒的原料,硫磺(S)的功用則在於降低燃點到攝氏 250 度,而在燃燒時提高燃燒溫度到攝氏 330 度。

火藥爆炸時的物理及化學反應十分複雜, 從來就無法找到一個單一的公式可以完全描述反應的過程。不過一般都以下列簡化過後的公式來說明。

反應變成

由於在爆炸中只有大約 44% 的成分變成氣體,其餘的都還是保持固體狀態的殘渣,因此火藥的能量轉換效率其實相當低,一般使用火藥的槍砲的出口初速都不會超過每秒六百公尺。

另外,火藥的燃燒率跟壓力或溫度都沒有什麼關係。由於火藥燃燒時有非常複雜的反應,有些反應會產生熱量,另一些反應會吸收熱量,因此燃燒率通常只跟火藥顆粒大小有關。顆粒越大時,總體表面積越小,能夠進行燃燒反應的區域也越小,燃燒速率自然較低。

在 19 世紀中葉之前,火藥被普遍用來當作槍砲的推進劑。但它有三大缺點:

  1. 發射時會產生大量白煙,暴露了槍砲所在位置,更遮蔽了自身的視線。

  2. 引然後會留下大量殘渣,留在槍膛或砲膛中。如果是前膛槍砲的話,在幾發過後對於後續的裝彈會造成困難。

  3. 殘渣中的成分具硫化鉀和碳酸鉀,容易造成膛壁腐蝕(corossion)。

火藥的改良與發展

最早期的火藥威力有限,主要就是硝的比例不夠高。培根的第一份火藥配方中,硝的比例只有 41.2%;中國早期火藥配方中,硝的比例也只有 60% 左右,都遠低於現代配方的 75%。由於硝是火藥爆炸時產生氣體的來源,比例較低的話,產生氣體的量就較低,爆炸威力自然也較低。

但是,這個成分比例並非一成不變,歷代以來都有增減。一般來說都是隨著冶金技術的進步而逐漸增加威力的。在西方,火藥成分的比例一直要到 18 世紀末、19 世紀初才固定下來。在中國,雖然沒有詳細的記載,應該也是經歷過同樣的循序漸進的過程。

下表是 Tenny L. Davis 的 Chemistry of Powder and Explosives 第二章列出的歷代火藥比例表:

年代 來源 硫磺 木炭
1240 Marcus Graecus 66.66 11.11 22.22
1240 Marcus Graecus 69.22 7.69 23.07
1242 Roger Bacon 41.2 29.4 29.4
1252 Roger Bacon 37.5 31.25 31.25
1350 Arderne (laboratory rcp) 66.6 11.1 22.2
1560 Whitehorne 50.0 16.6 33.3
1560 Bruxelles studies 75.0 9.38 15.62
1635 British Government 75.0 12.5 12.5
1781 Bishop Watson 75.0 10.0 15.0

火藥的製造

早期的火藥是將各成分研磨成細粉混合起來,被稱為「serpentine」或「meal」。這個方法有許多缺點:

  1. 在運輸時因長途搖晃造成硝和硫磺沈積桶底,而較輕的木炭會跑到表層。

  2. 火藥粉末很容易受潮。

  3. 在槍管或砲管中裝填時也往往擠壓得太緊而沒有足夠的空間充分燃燒。

  4. 在混合的過程中常常發生塵爆現象,十分危險。

由於成分容易分離,許多時候砲手在使用前還得將火藥重新混合一番,更增加了危險性。而且,火藥的品質管制不良,時好時壞,很難判斷多少火藥才夠發射砲彈,一不小心就膛炸。所以早期砲手的工作也是極度危險。

火藥的製造,德國手卷 Codex Germanicus 600,公元 1390 年,現存慕尼黑博物館。

火藥的製作原本都用手工,但是很快地就開始用由水力推動的磨坊來大量拌製,能夠降低成本。公元 1435 年,世界上第一間用水車推動的火藥廠在德國的紐倫堡設廠。

在公元 1550 年,法國人發明了「濕製法」:先將各個成分浸水潤濕,然後混合起來作成大餅狀,在曬乾或風乾後打碎,用細篩子篩過,火藥粉會變成小顆粒狀(grain),然後裝在大桶裡不停翻攪(tumbling),磨掉顆粒的稜角並加入石墨拋光。用這種方法製造出來的火藥各成份分子間構成比較穩定的結構,長程運輸時不易分解,而且顆粒間的燃燒空間較大,容易均勻地燃燒;由於製程的關係,這種火藥被稱為「corned」火藥。不過這也加強火藥的威力,使得許多原來還算安全的槍砲都變得有膛炸的危險。

現代火藥的製法和 16 世紀時的製法大同小異,只不過一切都已經自動化並且可以有效地控制製程的安全性與成品的品質。現代火藥配方的比例 7.5:1:1.5(硝:硫:碳) 也是在 19 世紀時確定下來的。

對西方世界來說,硝的取得一直是製造火藥時最大的問題。由於歐洲基本上不產天然硝,只能從人畜排泄物堆肥中取得(尿中的氮酸經自然化學反應與鉀結合而成),在 18 世紀之前大大限制了火藥的使用。英國在17世紀時還有專門的集硝官(Salt-peter Man),隨時可以闖入人家中把廁所、馬廄地面挖起來蒐集天然硝,英王查理一世還下令全國所有這些地方的地面不准鋪石板或木板;這直到英國取得印度,才有比較充裕的貨源供應。這個現象也反映在美國獨立革命之中,華盛頓麾下的軍隊整個戰爭期間一直為火藥供應不足的問題所困擾。到了 19 世紀中葉,在智利發現了大量的硝酸鹽礦(sodium nitrate)。這些鹽類和氯化鉀(可從海水中大量提煉)反應後可以便宜地製造出硝酸鉀,這才解決了硝的供應問題。

後來,美國人拉馬特•杜邦在公元 1858 年發明了使用硝酸鹽來直接製作火藥的方法,成本要比使用硝酸鉀便宜很多。用硝酸鹽製造的火藥雖然爆炸威力較用硝酸鉀的小,但由於便宜,十分適合用在挖礦開路之用。後來就將使用硝酸鉀的火藥稱為 A 類火藥,用硝酸鹽的則是 B 類火藥。根據顆粒來分的話,又可分為從 F,2F,直到 7F 等 7 級。F 級顆粒最大,7F 最小。如果經過拋光手續的話再加一個 g 。所以可以看到火藥的分級如 2FAg,3FB 等。

火藥在現代的應用

除了軍事用途外,火藥在民間的應用進展不快,一直要到 17 世紀時才用來採礦或開隧道。公元 1627 年在匈牙利的雪姆尼茲(今日捷克境內),火藥被用來採礦;公元 1679 年,法國用火藥來開掘馬勒帕斯隧道。

19 世紀後葉在爆炸物質的研究上是個突飛猛進的時代,各種更有效率的爆炸物一一出現。火藥做為槍砲推進劑和彈頭裝藥的角色被無煙火藥和黃色炸藥(TNT)取代後,逐漸步入歷史殿堂中冷清的一角。

受到近年來歐美歷史扮演(enactment)風潮的影響,不少人也開始對使用火藥的仿古前裝槍械發生興趣,各地成立不少這類的射擊俱樂部,更有人用來狩獵。為了解決火藥的缺點,廠商也推出了一些火藥的代替品,讓槍客能享受火藥射擊煙霧瀰漫的特殊情懷而不必擔心殘渣的問題。這些替代品中比較出名的有 Pyrodex,號稱和火藥是等份量的替代品,原來火藥裝藥量多少,Pyrodex 就用多少,十分方便。


最近修正:Sep. 13, 2000, by Light