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从甲午战争说起:近现代海战形式的变迁

从甲午战争黄海海战、对马海战到无畏舰与航母导弹时代,用交战数据、舰体对比和动能公式梳理近现代海战如何从视距内炮战走向超视距体系战。

正做着旅行攻略,思绪飘到海战现场。

即将带家人去威海度假。威海是一座承载着历史伤疤的城市,这伤疤,指的就是甲午战争。

黑白片中一名头戴清朝海军帽、手持望远镜的军官立在舰舷,身侧是一门长炮。

大家对甲午战争的印象,可能是邓世昌的悲壮身影,高呼着撞沉吉野,指挥致远号冲锋。不过严格来说,那是甲午战争中的黄海海战,发生在朝鲜半岛附近。军事史正式名称为大东沟海战,对中国来说黄海海战只有一个,但对世界来说还有别的黄海海战。

威海与甲午战争的关系,更多在后半段,是北洋水师最终被困在港内全军覆没的故事。当然,现代的威海绝对有它精彩的一面,那部分我旅行归来游记里再写。这篇我们来看看发生在威海以外的故事。

黄海海战:机动战的优势

甲午战争黄海海战,其实是海战史上两条技术路线第一次在现实中对决:德式堡垒舰与英法高速巡洋舰。这也是历史上第一次蒸汽动力海军的大规模战斗。

此战双方舰船数量相当。北洋水师从德国采购2艘重甲堡垒舰,定远号与镇远号,关键位置装甲厚度可达300mm级别,但火炮射速比较低,弹药是当时主流的穿甲弹,物理撞击为主。老电影《甲午风云》曾演绎过致远号炮弹火药被换成沙子,导致无法战斗才选择撞击,但这严格说不算颐和园之祸。掺沙子给动能弹增重确实是当时海军的合理做法,真正装载火药的开花弹,北洋水师配备很少。

北洋水师镇远号铁甲舰侧影,水手站满甲板,近处围着多艘舢板,远山脚下是港埠。

北洋水师镇远号。

日本联合舰队主要采购自英国,都是高航速高射速的轻型舰艇,炮弹配备的是能猛烈燃烧的苦味酸火药,这在当时算是比较前沿的装备。那个时代军舰的甲板舰桥大量使用木材,对舰上设施与人员的破坏力非常大。

开战初期,北洋旗舰定远号第一发重炮,就把自己的指挥塔震塌了,指挥官丁汝昌负重伤,信号旗绳被烧断。北洋舰队陷入各自为战的状态。

找到了点双方交战数据:

指标北洋水师日本联合舰队差距
开火数2000-300018000-200007-10倍
命中数134-150800-12006-8倍
命中率4.5%-6.0%5%-7%接近

造成这一差距的重要原因,是双方的火炮射速。北洋水师装甲舰克虏伯重炮开一炮大概要恢复2-3分钟才能再发,而日舰的速射炮每分钟可以发射5-8次。

一门架在木板地上的大口径舰炮,粗长炮管配铆接炮架,炮尾上方有吊弹吊机。

北洋水师堡垒舰配备的克虏伯大炮,305mm口径。作为对比,北洋水师其他舰艇和日舰的主火炮多在150mm左右口径。

致远号巡洋舰模型前景,主炮口径明显小于后方镇远号战列舰模型。

现代模型图,可以看出致远号巡洋舰与背后的镇远号战列舰的主火炮口径有明显差别。

一个反直觉的事实是,日本联合舰队航速虽然大约达到北洋水师的2倍,但整场海战下来,命中率并没有数量级上的差距。至少说明航速快的优势并不直接体现在躲避火炮上。在绝对火力输出方面,日本联合舰队则呈现压倒性优势。

以当时的海战技术,双方的炮击都发生在视距内,且精度随距离增加急剧下降,双方在射程上并没有哪方占绝对优势。北洋舰艇的射速慢,面对高机动性的敌舰校准困难,且北洋水师的火炮发射后会产生持续数分钟的黑烟,影响视野,所以策略上追求贴近对方攻击。日本联合舰队利用航速拉开距离,以开火数的优势造成大量破坏。

双方战损并非一边倒,北洋水师有5艘沉没或毁坏,日方也有5艘被重创。但机动性决定了存活率。日舰可随时脱离战场,受重创的5艘全部返港无一沉没,北洋水师的受伤舰艇在撤退途中仍遭受持续追击。

这场海战中,德式堡垒舰的技术路线其实体现出了它的价值。旗舰定远舰和主力铁甲舰镇远舰中弹数百发,但凭借坚固的装甲支撑未沉。日本联合舰队弹药将尽,见定远镇远无重大损伤,主动撤退。

黄昏海面上一台橙色吊机吊起一块厚重深色板件,远处岸线亮着灯光。

定远舰后来在威海港内被日军鱼雷偷袭搁浅。为防止落入敌手,自毁沉没。从现代打捞照片,可以看到它厚度极其夸张的装甲。

黄海海战本身还不至于导致北洋水师覆灭。甲午战争惨败更直接的原因,是后续的一系列的应对策略和陆地战场的失利,这是海战技术层面以外的因素。

对马海战:火力、装甲、速度全都要

当然,我关心的不只是甲午战争,我们要讨论的是近现代海战形式的变迁。

甲午战争让大家看到了快速巡洋舰的优势,也见识了铁甲舰的作用,各国海军不做选择,他们都要。

日俄战争期间,沙俄的太平洋舰队在黄海海战遭受重创,这是俄国的黄海海战,和大东沟海战不是一回事。俄太平洋舰队原计划撤往符拉迪沃斯托克(海参崴),原本已几乎突围成功。但指挥官和舵手中炮阵亡,旗舰失控突然转向,后方阵型大乱,返航困守大连旅顺港。

沙皇从波罗的海舰队中拼凑出了第二太平洋舰队,一支由8艘战列舰和大量巡洋舰、驱逐舰构成的舰队,从大西洋绕好望角,长途奔袭8个月来给太平洋舰队解围。但还未到达,旅顺的太平洋舰队就在港内全军覆没。第二太平洋舰队只得改变目标,前往符拉迪沃斯托克,途中遭到日本联合舰队截击。

明治时期彩色战画:日舰在远方齐射,前景俄舰爆燃起火,题为旅顺港外大海战。

1905年,双方遭遇,此战发生在今天日韩间的对马海峡。沙俄第二太平洋舰队面对的日本舰队,与10年多以前甲午战争的轻型舰队完全不是一回事。把双方旗舰与甲午战争定远号对比:

对比维度定远号(清)三笠号(日)苏沃洛夫公爵号(俄)变化
标准排水量7335吨15140吨14091吨吨位翻倍
主炮4门305mm克虏伯L/254门305mm阿姆斯特朗/维克斯L/404门305mm奥布霍夫L/40口径相同,身管大幅加长
主炮炮口初速468~500m/s732m/s792m/s初速提升约一半,动能暴涨130%+
单发主炮弹重约320kg390kg331.7kg弹丸略重一些
主炮射速1发/2.5~3分钟1发/1分钟1发/1~1.5分钟射速提升近3倍
副炮2门150mm克虏伯老式慢速炮14门152mm速射炮+20门76mm炮12门152mm速射炮+20门75mm炮副炮火力10倍以上
单舰全火力300~400kg/分钟5000kg/分钟4200kg/分钟单舰火力输出12~15倍
主装甲355mm复合装甲229mm克虏伯装甲194mm克虏伯装甲看似变薄,但材质发生质变
等效纯铁抗弹深度420mm熟铁550mm熟铁460mm熟铁实际防御力提升30%以上

舰炮杀伤的实质是动能穿透与随后的爆炸。根据动能公式:

$$ E_k = \frac{1}{2}mv^2 $$

速度带平方,在其中起决定性作用。所以10几年间,主炮口径和炮弹重量并没有大幅增长,反而是主炮身管大大加长,以获得更高的速度。

横须贺三笠公园内,灰色的三笠舰停在干船坞式展位前,广场上立着铜像。

日本的三笠舰是唯一保留到今天的“前无畏级”战列舰

对马海战双方都是混合编队,各类舰艇都有,俄方的战列舰数量还多一倍,8艘中有4艘是最新下水的博罗季诺级万吨战列舰。日方只有4艘战列舰,于是把8艘装甲巡洋舰也跟在后面,加入纵队战列。但第二太平洋舰队远道而来,没带小型船只,日方舰队在驱逐舰、鱼雷艇等小型舰艇数量上有优势。

实际战斗中,与甲午黄海海战不同的是,交战距离也翻倍了。10年多的技术代差,使得海战的对轰距离从3000-4000米,来到了6000-8000米距离。虽然这时火炮的理论射程能达到上万米,但真正能打得准的,还是在这个距离内。

黑色底上的舰体侧面装甲示意图,水线主装甲带标为最厚,首尾分段标出毫米数。

第二太平洋舰队为了远洋航行,船舱里带了大量的煤炭,吃水变深。水线附近的主装甲沉入了水下,露出来的是更薄的上层副装甲,铁甲战列舰在实战中变成了脆皮。

三笠舰战报附图片段,13时47分三笠做U形转弯,俄舰两路纵队在南南东方向。

日本联合舰队提前侦查到了第二太平洋舰队的动向。双方遭遇时,日方舰队冒险顶着俄舰火炮拐了个U字弯,横在海峡当中。而第二太平洋舰队则是纵队前进,双方构成了一个T字型。日舰得以充分施展火力,在射程范围集火逐个攻击。沙俄当头的旗舰苏沃洛夫公爵号很快被打残退出战斗,指挥能力也丧失了。第二纵队旗舰奥斯利雅维亚号被当场集火击沉。俄后方舰艇未进入有效射程,还被射击死角限制,难以支援。

集装箱船水线下长满藤壶、海藻与贝类的彩铅插画,三处放大窗标出附着生物。

第二太平洋舰队由于长期在海上航行,船底长满藤壶海藻,加上装载煤炭吃水加深,航速严重低于最佳状态。失去指挥各自为战的过程中,多数舰艇被日方追击沉没,部分主力舰成功逃出视距。

夜晚,日方舰队发现了俄舰残部的行踪,派出大量驱逐舰和鱼雷艇发动鱼雷夜袭。沙俄第二太平洋舰队主力舰被全歼,剩余舰艇以投降或自沉结束战斗。

整场海战呈现一边倒局面。第二太平洋舰队的战列舰全部被击沉或俘获,仅3艘轻型舰艇逃离战场抵达符拉迪沃斯托克,还有少量逃到了中立国被扣留解除武装。日方舰队主力舰0沉没,仅被击沉3艘鱼雷艇。

这里还有个因素不得不提。两方炮手的熟练程度天差地别。日本联合舰队经过大量的实弹训练,炮击命中率大约能到达俄舰炮手的5倍。

根据考证,此战中被击沉的所有沙俄主力舰,仅有一艘是被大口径火炮直接命中弹药库导致殉爆沉没。其他主力舰被击沉的过程中,发挥主要作用的仍然是中小口径的密集炮火近射,打烂非装甲部分导致进水倾覆,或者是在夜袭中被鱼雷击沉。

对马海战同时体现了密集火力、坚固装甲与机动性的价值,海战其实没有什么技术路线之争,当然全都要。

无畏舰:巨舰重炮时代

如果只看甲午黄海海战和对马海战,可能会给人造成中小口径火炮才是战斗主力的错觉。但海战史随后的发展,并不如表象那样。

正值英德海上军备竞赛时期,各国都在从对马海战中吸取实战教训。与我这样的外行看到的不同,对马海战时,英国武官威廉·帕肯汉上尉就在日舰上,他看到了未来海战的本质:

  • 305mm主炮才是决胜武器。若不是主装甲沉入水下,日舰中小火炮对沙俄造不成实质伤害。
  • 航速就是战术主动权。日舰快,U型转弯和T字集火才得以实现。
  • 统一口径有利于火控。大小火炮各自开炮,水柱难辨,不利于校正弹道。
  • 鱼雷威胁很大,但在水里跑不远,必须用航速和射程把战斗拉到鱼雷攻击范围外。

他的观察代表了当时各国海军的共识。未来海战距离一定会更远,中小火炮没有任何价值,反而使弹药散落各处增加自爆风险。旧式主炮由于精度和射速问题,需要大量中小火炮补充。但这时的主炮射速已显著提升,中央控制集火系统也发展成熟,主炮已能独当一面,全主炮战舰呼之欲出。

库尼贝蒂理想战列舰侧视与俯视示意图,主炮塔沿中线与两舷布置,水线标305毫米装甲。

1903年,意大利造舰师维托里奥·库尼贝蒂提出一种全主炮战舰构想。但第一个把它付诸实施的,是时任英国第一海务大臣的费舍尔。1905年的对马海战报告送达后,更坚定了他建造全主炮高速战列舰的信念。

海上航行的无畏舰侧影,双烟囱冒着黑烟,舰首和中部可见多座主炮塔。

英国海军第一个造出了这种全主炮战舰,无畏舰。堆了10门远程主炮、重装甲、高航速,仅保留小口径炮防鱼雷艇近身。随着第一艘无畏舰的下水,海战开启了新时代。其他国家主力舰通通变成老古董,中小火炮彻底失去意义,主炮数量又不及无畏舰的一半。

其中重型火炮的意义,不只是火力,更是射程。这一时期,火炮射程已经最远可达20多公里,海上炮战基本都在10公里以上展开。考虑到地球是圆的,这离40公里左右的视野极限也不算太远了。相比之下,甲午战争黄海海战,双方炮击距离大概就2、3公里。

同时,蒸汽轮机代替了传统蒸汽机,重型战列舰的航速能达到甚至超过巡洋舰。加上超长射程,使得配备中小火炮的巡洋舰近不了身,结束了重甲舰被快速火力舰放风筝的被动局面。无畏舰成了海上的绝对王者。

厚装甲和重火炮天生是绑定的。虽然也有快速舰艇+远程重炮的美好设想,这个舰种叫战列巡洋舰,抛弃了装甲,完全追求火力与航速。但巨大的后坐力与轻船体的摇晃程度,都不利于中小舰艇搭载重炮,战列巡洋舰最后只能造得和战列舰差不多大。

战列舰的厚重装甲,主要还是用来防御同类,这是主力决战时的生存关键。甚至有的做法会把所有关键命脉集中到舰船一处,用厚甲保护起来,其余位置薄钢板裸奔。

航母与导弹:射程就是一切

真正结束战列舰时代的,还是射程。能打败战列舰的,一定不是炮舰,只能是新事物。

银亮的欧洲板甲上半身,胸甲有密棱与鎏金边饰,头盔仅留一条狭长观察缝。

武器装备发展史,基本上就是这样一个过程:武器的攻击能力与防具的防御能力,从冷兵器时期的势均力敌,到热兵器时期攻击能力一骑绝尘,正面的被动防御已经越来越没有意义了。

战列舰护甲再厚,也有弱点。就光说海面火炮对轰,超近距离主炮攻击它防不住,而远距离的高角度炮击则是从甲板上贯穿下去,绕过了侧面护甲。至于潜艇和飞机的攻击面,那就更是薄弱环节了。全舰上下左右全裹厚甲,代价太大,在越来越猛的武器破坏力面前,收益甚微。

另一方面,战列舰火炮射程是有上限的,更远的射程需要大得多的装药推力和结构耐受力,不可能无止境远下去,毕竟这不是第一宇宙速度的思想实验。

俯视航母在深海高速转向,甲板起火冒烟,双尾翼螺旋桨飞机低空掠过。

而航母的出现,轻松突破了火炮射程上限,从炮弹变成飞机,它的攻击载体是能自己机动、自己制导的。航母舰载机把海战的“射程”范围从几十公里扩大到了几百公里,这已经远超火炮射程的极限。而现代高超音速反舰导弹,更是把攻击范围进一步扩大到了上千公里。战列舰即使武装成铜墙铁壁,如果只有挨打的份,也一样失去存在意义。

1945年,美军登陆冲绳,日本在太平洋战场已无力回天。日军发起了名为天一号作战的离谱计划,派出当时重型战列舰的巅峰大和号,在无战机护航的情况下前往冲绳。意图是主动在冲绳搁浅,充当固定炮台据守。

大和级战列舰三四分之三侧影,塔式舰桥、前甲板两座三联主炮塔和舰首菊花纹清晰可见。

美海军大黄蜂号、约克城号航母的舰载机群在坊之岬对大和号展开了围攻。大和号这种极端的战列舰,面对炮舰可以说没有对手。它的吨位达到了72800吨,与当年北洋水师定远号相比,足足十倍。这样的体量,舰载机的攻击无法一击毙命。

之前击沉武藏号战列舰时,美军战机由于随机地从四面八方投放鱼雷攻击,使得武藏号的船员很容易通过主动注水扶正避免倾覆。对武藏号的攻击整整持续了一个下午,才将其击沉。

大和号俯视受损图,左舷密布鱼雷命中点,甲板中部有炸弹命中,箭头标示前进方向。

围攻大和号时,美军舰载机吸取了教训,统一攻击大和号的左舷。十几枚鱼雷的破坏,使得大和号向左倾斜的速度极快。尽管大和号牺牲数百名船员性命紧急在右舷注水,也赶不上船体倾覆的速度。随后由于倾斜太厉害,炮弹滑动碰撞发生内爆,炸成两截沉没,产生了6000多米高的蘑菇云。从攻击开始到大和号沉没,整个过程不到2小时。

退一步看,天一号作战这个计划本身,就暗示了战列舰时代的落幕。在空海联动的新式海战中,炮舰起作用的火力几乎都是防空小炮,主炮的最大价值竟然是作为炮台防守陆地。

大和号和武藏号的沉没,为战列舰时代画下了句号。

高空俯拍依阿华级战列舰九门主炮向右舷齐射,海面被气浪压出圆形凹痕。

美国依阿华号战列舰,世上最后退役的战列舰之一。

这时候,我们可以再回看甲午黄海海战和对马海战,有个因素在那两场惨败中起了决定性作用:指挥能力的丧失,舰队陷入各自为战。

火力、射程,这些因素在现代海战中已经是基本要素了。一支舰队的战斗力不再是各舰火力简单加总,统一调度的作用至关重要,信息系统成了最关键的命脉。

现代军舰舰桥与主桅特写,斜面舰体嵌相控阵雷达,桅顶白色球罩和火控跟踪器清晰可见。

但雷达、天线和预警机,这些东西无法被装甲保护起来。超视距现代海战中,它们被毁无异于任人宰割。唯一的解法就是由被动防御变为主动防御,电子战、干扰弹、每分钟上万发的近防炮、拦截导弹等,不让攻击物碰到舰体。

至于真碰到了,那也没什么防御的意义了。

结语

只是做个旅行攻略,没想到收不住,发散到这么远。

我小学时也算是个军迷,当时订阅过兵器知识和舰船知识杂志。到中学,兴趣开始往物理、历史、地理等背景因素转移,军事信息关注得少了。多年后重拾这个话题,把各种信息串联起来,还是挺有趣的。

当然,战争中的决定因素太多了,必然有以偏概全的地方。浅尝辄止,军迷们见笑了。