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標題: 美國M21狙擊步槍 [打印本頁]

作者: AA82276761    時間: 2014-11-10 03:08     標題: 美國M21狙擊步槍

一:栓動與半自動的歷史交替

從二戰到越南戰爭前期,美國狙擊手以裝備M1903A4 和M1D 狙擊步槍為主。M1903 步槍是德國毛瑟98 步槍家族的美國變種,主要的改進在於換了個口徑使用美式的.30-06 彈藥,性能表現依舊平庸。M1903A4 作為M1903 步槍基礎上取消機械瞄具,換用高精度槍管,加裝光學瞄準鏡的狙擊改型,其作戰表現只能用丟人現眼來形容。

雖然槍械平台的結構和性能都非常相近,但是M1903A4 要遠遜於德國98K 狙擊步槍;槍械精度提升不明顯只是次要的方面,主要的因素在於瞄準鏡上的差距太大。以M73B1 瞄準鏡為例,它不僅放大倍率更低(只有2.5 倍),視場更狹窄;而且由於不具備密封防潮功能,在熱帶叢林中瞄準鏡內部起霧凝結水珠的現象非常嚴重。在南太平洋島嶼的慘烈戰鬥中,很多倒霉的狙擊手都因此陷入根本無法瞄準的局面。


使用M73B1 瞄準鏡的M1903A4


使用M84 瞄準鏡的M1D 狙擊步槍

稍晚的M1C/D 狙擊步槍表現要比M1903A4 好很多。雖然瞄準鏡的性能仍然是半斤八兩(後期共用M84 瞄準鏡),槍械平台還不是改進甚至精選過的,僅僅是普通的量產型M1 步槍;但是半自動射擊功能和容量更高的8 發彈倉使它在中近距離上擁有著壓倒性優勢的火力。

這兩種狙擊步槍在實戰中形成的對比經驗,對於美國後來狙擊體係發展的影響極大,尤其是陸軍。在射擊距離和瞄準精度尚受到瞄準鏡較大限制的情況下,陸軍在1959 年首先選擇了半自動狙擊步槍增強火力強度。M21 在最初的設計思想上是遠不及蘇聯SVD 步槍的,甚至可以用盲目來形容。但是槍械/ 彈藥平台的出色性能打下了紮實可靠的基礎,在瞄準鏡等附件裝備不斷改進以後,M14 系狙擊步槍的性能至今得以保持在一個相當優秀的水平上。

二:M21 狙擊步槍的槍械/ 彈藥平台

M21 狙擊步槍和M1C/D 狙擊步槍之間有著非常親近的血緣關係,就如同是一對親叔侄一樣。M14 是在M1 的基礎上改進的產物,繼承其基本結構設計的同時,也繼承了精度方面的優勢;這為向狙擊步槍方向的優化改進提供了一個非常紮實的基礎——從這個角度上說,M21 遠遠比蘇聯的SVD 步槍來得幸運,精度上的優勢從血統淵源上就已經註定。

與M14 基本型相比,M21 所採用的槍械平台被稱之為M14 NM (National Match ,國家競賽)步槍。除了 ​​取消全自動射擊功能外,主要依靠在材料部件的選用,加工、裝配的工藝上重點改進以提高槍械的射擊精度。其改進思路圍繞著提升部件機械加工精度、盡可能消除一切多余振動、使槍械內部機構的運動盡可能平穩、順滑、一致而展開。

在材料部件選擇上,M14 NM 採用了匹配高精度彈藥設計的競賽級槍管,每一根都嚴格按照製造公差精選、並且經過測量儀器精確測量;而且為了保證內壁的高度均勻一致,連鍍鉻處理都被放棄了;包括消焰制退器也經過鉸孔加工,以消除偏心誤差提高精度。


M14 步槍


M14 步槍的扳機

在扳機組件的設計改進上,M14 NM 就像此前的其它國家競賽步槍,例如M1903 NM 和M1 NM 一樣,無善可陳。它沒有像蘇聯的SVD 步槍、 ​​德國的G3/SG1 步槍那樣重新設計結構,以提供一些更有利於精確射擊的功能;雖然為了減小狙擊手扣動扳機時影響槍管指向而減輕了扳機力,2 公斤以上的設定值對於狙擊步槍來說顯然過高。

M21 步槍在研製過程中並未對此進行改進。這也許和當時美國陸軍射擊文化中的保守傳統有關,尤其是涉及到扳機功能的方面:很多美國狙擊手對扳機的二道火功能都並不熱衷,對G3/SG1 那種歐洲式的設定扳機(前推扳機完成設定以後,輕輕用力扣動就能擊發)更是非常抵制。

但從扳機組件的製造和裝配角度看,M14 NM 的表現卻非常優秀。就像導氣系統的活塞和活塞筒一樣,扳機組件也是每一個零件經過拋光後精密裝配而成。雖然扳機力僅從M14 的2.5~3.4 公斤減小到2.05~2.15 公斤,但批產品中彼此的差異範圍卻不到原來的1/9~1/10 。它所代表的M14 NM 在生產、裝配方面一致性、精密性上的巨大提升,不僅對單個步槍的擊鎚解脫動作平穩、順滑、一致提供了紮實可靠的基礎,而且使每一支步槍的扳機在使用特性上都表現的極為接近。更直觀的說,使用M14 NM 的狙擊手隨便更換任何一支槍械,就能在第一時間發揮出九成以上的槍械性能。

       M14 NM 步槍盡可能消除了槍械上存在的活動間隙。比如機匣是先用玻璃纖維粘合劑在槍托上固定好,然後在槍管與機匣組裝好後,又進一步用環氧樹脂封固。而導氣箍和下套箍也變成了永久性的固定結合件。這些措施很好的反應了武器定位的不同:普通步槍要求具備較好的分解維護性能,以滿足士兵平時拆裝訓練、認識槍械結構;戰時能夠進行拆卸換件以排除槍械故障,從戰損槍械中組裝出可用槍械的要求。而高精度步槍則具備了明顯的精密儀器色彩,精度是最重要的性能,而且要盡可能避免無謂的拆裝。

和SVD 步槍相比,沒有改變過結構設計的M14 NM 並不是專門設計的狙擊步槍;但是依靠M14 的血統優勢和更為精良的材料工藝,它的精度比SVD 要好。尤其是在彈藥上,它使用的M118 NM 彈性能更是遠遠優越於SVD 的7N1 彈——這是來自國家工業能力的碾壓。


M118 NM 彈

人類工業發展過程中的一個重要特徵,就是加工裝配的精度在不斷的提高和普及,在質與量兩個方面都不斷擴展。評價一個國家在某個工業領域的能力高低,完全可以用它是否能用低成本在大批量消耗品上實現穩定的高精度表現作為標準,彈藥就是一個極佳的例子。

美國海軍陸戰隊的一位著名狙擊手就曾經針對軍用競賽彈和商業精度競賽彈之間的性能差別,對同一批號的M118 NM 彈進行了多個方面的測量比較。比如在彈頭重量的差異上,最大偏差不到0.15g ;在發射藥裝藥量的差異上,最大偏差不到0.0324g ;在彈殼的同心性上,最大偏差不到0.069mm ;在槍彈上膛以後,彈頭尖偏離槍管中心軸線的誤差最大不超過0.066mm 。

這些軍用便宜貨M118 NM 的加工裝配精度,理所當然的顯著低於另一款一同參加測量的著名商業競賽彈藥。不過即使是這樣,M118 NM 自身的精度也足以保證在1 角分(1MOA )之內了。在M14 NM 步槍上使用時,M118 NM 彈的表現是300 米處散佈小於15 厘米,在2 角分之內;按照一般的散佈規律,這其中最密集的一半子彈散佈不大於5~6 厘米,比一個蘋果還小。

三:M21 狙擊步槍的瞄準鏡選擇歷史

M21 項目的最初規劃中,根本沒有配套的瞄準鏡研製計劃;而只是嘗試用M14 NM/M118 的槍械彈藥平台與各種現有瞄準鏡進行結合試驗,將作戰效能最高的組合挑選出來。這個階段選中的瞄準鏡是性能相當落後、但已經大量裝備的M84 。從這一點來說,筆者簡直要懷疑M21 項目的初始目的純粹是為了取代M1903A4 和M1D 狙擊步槍,以徹底完成7.62NATO 口徑對於.30-06 口徑的淘汰替換。


越南戰場上裝配M84 瞄準鏡的M14 步槍,早期M21 的外形與此基本一致


M84 瞄準鏡的分劃

M84 的放大倍率只有2.2 倍,分劃是由垂直方向上的細金屬桿和水平方向上的細金屬絲組成的類T 字結構,沒有刻度,完全無法實現測距功能。無論是光學性能還是結構水平,都遠遜於德國二戰時代的產品。這意味著狙擊手在使用這些早期型M21 狙擊步槍時,在射程上比那些使用2.5~4 倍瞄準鏡的二戰前輩還要更近,基本上不會超過200 碼;槍械/ 彈藥平台的性能優勢雖然巨大,但能發揮出的實際意義卻幾近於無。

以裝配M84 瞄準鏡為標誌,M21 從研製起一直到60 年代中期為止都顯得極其稚嫩。當時蘇聯已經開始能夠從整個槍械系統的高度來思考、設計,如何為狙擊手進行更遠距離的準確射擊提供支持條件;在稍早開始研製的SVD 狙擊步槍,是在設計之初即包括槍械、彈藥、瞄準鏡三者的完整系統,尤其是在瞄準鏡的測距瞄準功能設計上花費了大量的心血。而同時期的美國人,卻還停留在“總之先把槍械的射擊精度做上去是沒錯的”樸素認知階段,缺乏清晰明確的設計指導思想,根本就不知道怎樣去擴展狙擊手的射程和作戰效能。

正如M14 NM 的名稱,幼年階段的M21 其實是一種靶場上競技射擊的體育用具,而不是真正用於戰場的狙擊步槍。在這個時期如果SVD 與M21 在戰場上相遇,蘇聯狙擊手完全可以用毆打小學生的氣概來教育美國同行怎麼打槍。局面在1965 年以後迎來了轉機,設計觀念的突破與美國二戰後快速發展的光學工業能力結合,為M21 了一款性能上碾壓PSO-1 的3-9x40 自動測距/ART 瞄準鏡。由於蘇聯在完成SVD 之後就在狙擊領域止步不前直到解體,因此3-9x40 自動測距/ART 瞄準鏡的裝備不僅是M21 性能超越SVD 的開始,也是美國在狙擊領域將蘇聯遠遠甩在身後的歷史轉折點。

四:ART 瞄準鏡的測距

M21 和M40 狙擊步槍的瞄準鏡都來自雷德菲爾德的一款新型狩獵用瞄準鏡,放大倍率3-9 倍可調,物鏡直徑40mm ;它通過大直徑的物鏡鏡頭和變倍系統,實現兼得近距離大視場和遠距離的高倍率觀察能力。不同的地方在於M21 的瞄準鏡在結構上進行了較大的改動,在更改了一些內部設計和外加了彈道調節機構以後,稱為ART (Automatic Ranging and Trajectory ,自動測距及修正彈道)瞄準鏡。

無論定倍還是變倍,瞄準鏡的基本測距原理,都是通過分劃標誌與已知尺寸的物體進行對比,然後根據相似三角形原理推算出距離。因此對於ART 這種後置分劃(分劃板位於變倍鏡組後方)的瞄準鏡,在分劃標誌大小無法改變的情況下,想求得距離就只能不斷調節瞄準鏡的放大倍率,縮放標誌物在視野中的大小。


後置分劃不會隨著倍率縮放而改變大小

在同一放大倍率下,被觀察的同一物體顯得越大,距離也就越近;顯得越小,那麼距離也就越遠。當一個特定尺寸物體的大小,隨著倍率改變縮放到正好能被分劃卡住時,它就一定處在一個與放大倍率存在特定對應關係的距離上。在ART 瞄準鏡完全出於軍事狙擊需求而設計的新分劃中,這個“特定尺寸物體”就被確定為士兵的上半身。

在ART 的十字線分劃中,垂直標線上的兩個標尺之間距離為0.76 米,代表著多數士兵從腰間到頭頂的大致高度。ART 的測距設計就是通過不斷的調節放大倍率,使目標的上半身正好能被這兩個標尺卡住;此時放大倍率的數字就對應著目標與狙擊手間的大致距離。比如在3 倍放大倍率時正好卡住目標,距離就是300 碼;而9 倍放大倍率則代表900 碼。


ART 瞄準鏡的分劃

萊瑟伍德提出的ART 瞄準鏡改進方案,正是建立在這種放大倍率和測距結果相對應的基礎上。它通過外加的機械結構實現同步修正彈道功能,把測距和彈道的高低調節過程合二為一,成功的獲得了盡可能快的反應、開火速度;但它自身的一些致命缺陷,又最終使它在軍事狙擊領域被完全淘汰。

五:ART 結構和優點


瞄準線和彈道相交

如同上圖,對於步槍射手來說光線是直線傳播的,而子彈飛行的彈道軌跡卻是受重力和外界氣流影響形成的一條拋物線。在精確射擊的過程中,狙擊手必須要根據特定規律調整瞄準線的高低和水平角度;如果修正完成的準確順利,那麼瞄準線與目標的相交點也將成為子彈的落點。在瞄準鏡上,這個過程通過分劃的上下、左右偏移來實現。


瞄準鏡彈道調節機構的不同形式

從歷史主流來說,瞄準鏡實現彈道的高低調節上先後經歷了外部調節、內部調節兩種方式。在早期時代,瞄準鏡內部的分劃是固定式的,彈道調節只能通過外部螺栓來抬高降低、或是左右偏移整個瞄準鏡筒身實現。內部調節式在結構原理上大致相同,也是在彈簧的支撐下,依靠螺栓來控制分劃筒的高低左右,但是在技術實現難度上要高的多。上圖左側是外部調節結構的實物;中間和右側是內部調節式結構的示意圖與實物對比——淺黃色部分是支撐分劃筒的45 度彈簧片(可以同時兼顧兩個方向的支撐受力)。


ART 瞄準鏡。1 :鏡座銷軸。2 :鏡座下體。3: 鏡座上體。4 :彈道調節凸台。5 :彈道調節凸輪。6 :變倍環

ART 結構正是由傳 ​​統的外部彈道調節設計演變而來。它的瞄準鏡座是由上下兩部分組成的半活動結構,上體(圖3 )負責夾持瞄準鏡,下體(圖2 )用於將自身牢固的連接在步槍機匣上。上體被容納、限制在下體的凹槽中,兩者通過前端的鏡座銷軸(圖1 )連接;上體和被夾持的瞄準鏡圍繞這根銷軸可以進行小幅度的偏轉,以實現瞄準鏡角度的抬高和降低。

偏轉過程由經過修改的後置分劃變倍瞄準鏡和鏡座下體共同作用完成:瞄準鏡的變倍環(圖6 )上設置了一個各處直徑不等的彈道調節凸輪(圖5 ),而這個凸輪又被鏡座下體上的彈道調節凸台(圖4 )頂住。當變倍環轉動時,瞄準鏡自身也會隨著放大倍數的縮小、放大而不斷被轉動的彈道調節凸輪所降低、抬高。


外部彈道調節機構特寫,變倍環上註明了適用彈種為M118 NM 彈

這種設計的目的在於,使用ART 的狙擊手在通過縮放倍率,完成用分劃卡住目標的測距過程時,瞄準鏡也會自動的完成相應距離的彈道修正過程。不僅在整個測距過程中,目標始終處於分劃的中心位置,對於射擊異常有利;而且在較為理想的條件下,比如無風、目標靜止,狙擊手和目標之間高度差很小,不需要過多修正彈道時,狙擊手無須知道目標的實際距離就可以直接開火射擊。也正是因為這一點,ART 在針對雷德菲爾德3-9X40 瞄準鏡的修改中,將其自動顯示距離數字的功能和相關結構去除掉了(詳細內容會在以後關於M40 的文章中介紹)。

從提高狙擊手的測距能力和開火速度方面看,ART 獲得了預期的成功。在裝備ART 瞄準鏡以後,M21 和SVD 步槍的性能對比發生了顛覆性的改變。M21 步槍在所有的距離上,不論是觀察能力、瞄準射擊精度,還是反應速度上都佔據了壓倒性的優勢。美國著名狙擊手教官約翰·普萊斯特曾經盛讚,當ART 結構測距與彈道修正合一的便利性能夠順利發揮時,會使狙擊手感到自己“無所不能”。

六:ART 結構的缺陷

美軍後來在ART 的基礎上改進出了ART-II 瞄準鏡,這主要出於兩個方面的原因:其一是要為狙擊手提供夜視瞄準能力,由於體積上的巨大差異,ART 的原設計並不能兼容微光瞄準鏡的安裝。ART-II 為此修改了鏡座設計,將原來的鏡座下體拆分成兩個部分,以提供一個通用導軌;ART-II 瞄準鏡和微光瞄準儀都可以通過拇指螺栓(可以手擰固定)在這個導軌上進行快速拆卸安裝、更換。


ART-II 瞄準鏡

另一個方面是ART 的放大倍率與彈道修正被鎖定在了一起,很多時候對狙擊手的觀察瞄準形成了限制;比如一般來說500 碼距離上只能用5 倍放大倍率,而300 碼上就只能用3 倍放大倍率。違背這個規律進行操作時,比如在100 碼距離上用9 倍的放大倍率觀察瞄準目標,實際上就產生了高達800 碼的測距/ 彈道修正誤差。

在這種彈著點處於視野邊緣,甚至視野以外的條件下,如果狙擊手不具備非常豐富的經驗,幾乎不可能命中目標。ART-II 為此修改了瞄準鏡的設計,變倍環可以和彈道調節凸輪可以分離;這樣射手就可以在同一射程上使用不同的放大倍率,但同時也會喪失彈道自動修正功能。此外對分劃也做了改動,有限的增強了測距能力。

ART-II 的改進並沒有從根本上解決ART 結構的缺陷,老約翰在稱讚​​ART 性能的同時,一樣對它的缺陷叫苦不已。由於同時擁有內部和外部彈道調節機構,ART 瞄準鏡的安裝和校正歸零是一件相當困難的事情;在校正瞄準線的過程中必須進行過量的水平修正——這時候瞄準鏡的水平調節旋鈕上已經沒有了刻度,具體調節了多少狙擊手本人都說不清楚。即使是一個經驗豐富的狙擊手,要真正準確的將ART 瞄準鏡歸零,也通常要花上3 個小時的時間。

尤其是在ART-II 引入快速瞄準鏡拆卸設計以後,這種過量而且沒有精確刻度的風偏調節會使更換瞄準鏡後的校正工作變得極為複雜。狙擊手們提出的明確對策就是在校正好ART-II 瞄準鏡以後,絕對不要隨意拆卸。不幸的是,越南戰場的實戰經驗證明,使用M21 的狙擊手晝夜交替執行任務,白天使用白光瞄準鏡,晚上使用夜視瞄準儀是很常見的事情。瞄準鏡歸零校正的複雜困難,使得相當數量的M21 步槍並不能以最佳的性能狀態投入實戰。

但最為致命而且不可克服的一點是,ART 設計中瞄準鏡與槍械之間採用了半活動連接;每一次射擊過程中,瞄準鏡的位置和角度都會產生一定幅度的無規律變化。在60 年代,由於瞄準鏡(尤其是結構複雜的變倍瞄準鏡)自身的光學機械性能有限,這個缺陷尚不明顯;但在進入80 年代以後,它對於瞄準精度的損害就變得相當嚴重了。這才是ART 結構後來在軍事和警務領域被全面淘汰的真正原因,和測距方式毫無關係。


ART M1000 ,採用密位測距分劃

隨著時代的發展,當一款瞄準鏡顯得難於使用而又精度不佳時,它的命運也就隨之注定。從1988 年開始,ART 系列瞄準鏡被劉坡爾德的10 倍固定瞄準鏡所取代;這實際上是美國陸軍與海軍陸戰隊在狙擊發展路線之爭中,海軍陸戰隊最終獲得勝利的標誌性事件。

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