开启微声时代
2021-04-30三土
三土
马克沁消声器的外包装及安装在.22LR口径柯尔特“丛林人”运动手枪上的状态
身出名门的发明天才
1869年9月2日,海勒姆·珀西·马克沁出生在美国纽约市布鲁克林区。从姓氏上可以猜出,他和那位发明自动武器的马克沁有某种关系。事实上的确如此,而且两位马克沁名字都叫海勒姆,只不过一位全名是海勒姆·珀西·马克沁,一位是海勒姆·史蒂文斯·马克沁,前者是后者的儿子,这种相似性导致后人常常把他们混淆。老海勒姆发明了著名的马克沁机枪,成为当时列强扩张最有效的工具,并因此获得了高额收入、名气和爵士头衔。在此之前的1875年,一家人就搬到了新泽西州凡伍德,虽然老海勒姆忙于工作,但周末总是会设法和家人一起度过。老海勒姆的兄弟哈德森·马克沁有时也会参加,后者是一位化学专家,其贡献主要集中于新型炸药和无烟火药,虽然名气没有那么大,但其好友托马斯·爱迪生称他为“美国最多才多艺的人”,想来也是一位全才。小马克沁从他的父亲和叔叔那里,继承了发明家的聪慧以及对武器的热爱,这为他后来发明枪械消声器埋下了伏笔。
1914年,45岁的海勒姆·珀西·马克沁
海勒姆· 史蒂文斯·马克沁操作他发明的马克沁机枪,旁边是他的孙子海勒姆·汉密尔顿·马克沁
也正是因为出身于发明家家庭的原因,小马克沁从布鲁克林学校毕业后,选择了麻省理工学院机械工程专业,并于2年后的1886年毕业,当时他只有17岁,是班里最年轻的学生。起先,他在波士顿的几家工厂工作。1890年,小马克沁已经成为美国炮弹公司在马萨诸塞州林恩工厂的主管。在一次从塞勒姆骑自行车到林恩的途中,他忽发奇想,构思了一辆由电动机驱动的三轮机动车,并利用接下来的几年进行验证,最终于1895年制造成功。小马克沁认为自己的这一发明具有很大的市场潜力,将其继续改进为汽油发动机驱动的四轮汽车。在此期间,他结识了马里兰州前州长的女儿约瑟芬·汉密尔顿,并于1898年12月21日完婚。康涅狄格州首府哈特福德的哥伦比亚汽车公司购买了他的设计,小马克沁便跳槽到该公司工作,在那里设计并监督生产了若干种电动和汽油动力汽车。夫妻两人也因此搬到哈特福德,并在此定居。
小马克沁的叔叔哈德森· 马克沁( 左)和托马斯· 爱迪生(右)在一起
小马克沁很快有了自己的孩子,并用自己的名字为他们取名,女儿叫珀西·H·马克沁,儿子叫海勒姆·汉密尔顿·马克沁。约瑟芬也并不缺乏个人成就,她是康涅狄格州第一位成为民主党全国代表的妇女,并在哈特福德教育委员会和州妇女选举权协会任职,并创建了康涅狄格州女性选民联盟。夫妻二人同为哈特福德的名流和社会活动家,生活十分美满。
从让汽车更“安静”到发明枪用消声器
小马克沁一生对汽车的兴趣从未减退,他把它称为“无马马车”,并申请了多个与之相关的发明专利。1899年,他亲自驾驶一辆汽油动力的哥伦比亚汽车,在康涅狄格州布兰福德举行的全美首次场地汽车比赛中获胜。他还热衷于推广汽车旅游,在哈特福德组建了汽车旅游俱乐部。不过,那时的汽油发动机还没有现在这么完善,排出废气时噼啪作响的巨大噪声成为人们拒绝汽车这一新兴商品的最大阻碍。于是,小马克沁把注意力和智慧都投入到解决这一文明時代的新问题之中。如果说,此前小马克沁还仅仅是一位发明家,那么他在消除噪声方面的研究,使他在声学领域成长为一名公认的科学家。
小马克沁手持装有他的首个试验型消声器的步枪,这种带有偏置膨胀腔体的消声器外形与现代产品相去甚远
小马克沁的消声装置研究是从减轻汽油发动机排气时的噪音问题开始的,在取得一定成果后,他又将思路扩展到解决其他问题上,同样的原理和装置,是否也可以用来消减枪械射击时的噪声?实际上,当时的人们已经认识到,射击时产生的尖锐刺耳的枪声,是因为高温高压的火药燃气,在跟随弹头飞出枪口时瞬间膨胀,并与空气剧烈碰撞引起的。同时可燃气体和物质颗粒在枪口处燃烧,也会形成炫目的枪口焰,这不仅可能对人体造成伤害,更会使射手对枪械和射击本身产生恐惧。在战场或狩猎时,也很容易暴露射击者的位置。早期,人们曾用衣物包裹或枪口处垫上羽绒枕头等方式,试图减小枪口噪声,但收效不大,并严重影响了弹头的威力和精度。
在小马克沁之前,也有人进行过枪械消声器的研究,比如通过在枪口处加装类似快门的机械装置,在弹头飞出枪口后,很快将枪口封闭,并迫使火药燃气进入某个允许其缓慢散逸的封闭腔体中,或者将燃气引导向两侧或后方,扩大燃气接触空气时的作用面积。这些装置在减少枪口噪声方面或多或少有些效果,但它们不是太过复杂就是很不可靠,因此不具备实用价值。
小马克沁的发明依靠一系列形状特殊的隔板迫使火药燃气形成涡流,结合膨胀和吸热作用,使其温度和压力快速下降
1909年3月30日小馬克沁获得的美国专利,图中可见当时采用的还是对称式设计,准星设在消声器上,内部结构也略有不同
小马克沁在1906年开始了枪械消声器的研制工作。他尝试了阀门、气流偏导等若干种不同的设计,寻找能够有效减小枪声的方法。他的第一个试验型消声器采用了一个带有阀门的蜗牛形偏置膨胀腔室,用以捕获从枪口高速喷出的燃气并使之旋转,从而降低火药燃气喷出枪口的速度。虽然看起来怪里怪气,但试验结果确实令人鼓舞,因此他继续深化对“气体旋转”方式的研究。后来这被演绎成,小马克沁注意到浴缸放水时,洗澡水会在排水口附近像漩涡一样打转,从而获得相关灵感。在进一步改进后,小马克沁形成了更加完善且独具匠心的设计,他让火药燃气进入一个圆柱形半封闭腔体,在腔体内预设多个弯曲成特定形状的钢片制成的隔板,中间留有通孔让弹头通过,但燃气通过时会逐步膨胀,气流沿着隔板发生旋转,形成多个涡流并相互碰撞,同时燃气的热量也被隔板吸收,使得燃气最终排出时的压力和温度都大大下降,减少冲击空气时产生的声响。这种被称“气体涡流”的消声原理和整体结构安排,被后世绝大多数枪械消声器沿用。
试验成功后,小马克沁先是于1908年获得了关于“无声火器”的英国专利(实际上所有消声装置都无法完全消除枪声,称为“微声”更为合适)。1909年3月30日,又获得了美国专利。除内部形状奇特的隔板外,马克沁消声器的另一个重要特点或者说是与现代消声器的区别,是其中间的弹头通道并非处于消声器中心轴线位置,而是偏于其上方一侧。这一设计的好处是,消声器本身不会挡住瞄准基线,枪械本身的固定式机械瞄准具可以照常使用(当时使用光学瞄准镜的枪械还少之又少)。
这款被称为1909型马克沁消声器的产品没有量产,它的主要缺陷 是形状奇特的弧形截面隔板制造成本过高,而且消声器内外温度会随射弹数量增加而迅速升高。尽管如此,1909型消声器仍能将发射.22LR枪弹的手枪枪口噪音降低约30分贝,相当于为射手额外增加了一副耳塞。
1908年10~11月,小马克沁又申请了2项关于进一步改进其消声器的专利,这一新的设计后来被称之为1910型,它的基本原理、偏心式设计与1909型相同,但简化了隔板的形状和布置方式,体积也稍小一些。小马克沁在自己的公司将1910型消声器投入批量生产,可提供适合从.22到.45多种口径枪械的相关产品。此外,他考虑到当时绝大多数枪支枪口部分都没有预设螺纹,专门设计了一种自带螺纹的连接装置,将其固定在枪口上,然后通过螺纹快速安装或卸下消声器。
安装少见的对称式马克沁消声器的.22LR口径雷明顿M12运动步枪。对于安装了早期瞄准镜的这支步枪来说,对称式消声器不存在遮挡准星的问题
小马克沁设计的消声器连接装置(中),通过它来连接枪管和消声器
小马克沁精心策划的广告,宣传他的消声器能够帮助枪械进一步走入家庭,使射击成为一项“家庭运动”
小马克沁设计的消声器连接装置(右上)和消声器后盖(下)。连接装置和消声器通过三段间隔螺纹连接,可以快速安装和拆卸
马克沁消声器后盖上的铭文,表明小马克沁的企业设在伦敦并且获得了英国专利
小马克沁通过在报纸杂志上做广告以及邮发广告函的方式,积极宣传推介他的设计。这些广告毫不吝惜地使用诸如“有趣”“美妙”“迷人”等词汇,并配上许多美女、绅士手持装有马克沁消声器的枪械射击的图片。比如1920年4月《大众科学》杂志刊登的一则广告,就大谈特谈消声器能够帮助“如同娇艳花朵一般的女士们”练习射击技术,因为消声器将消除刺耳的噪声和后坐力,使打靶练习和娱乐射击成为一种适合全家人一道开展的消遣活动!无论如何,这些广告还是产生了一些效果。大批马克沁消声器被装在硬纸板制成的长圆形纸筒里,通过邮寄的方式发送给客户。最便宜的适用于.22LR口径的消声器每个售价5美元,而稍大一些口径的售价7美元,如果加上通货膨胀因素,大致相当于现今的120美元和165美元,价格并不算低。如果零售,单个消声器最高可卖到12美元。
不过,1910型消声器的工作效果比早期的1909型要差,同样安装在.22LR口径手枪上,它只能将枪声降低约25分贝。1910型的一个重大缺陷是,它几乎无法拆卸进行清洗。小马克沁在销售手册中建议用户用热水灌进消声器中间的通道,把火药残渣和油污冲掉,要冲洗30分钟才能清洗干净。而且,1910型主要是为固定枪管步枪设计的,有些手枪如果安装这种消声器,会妨碍机构动作正常进行,大多数情况下需要更换成加长枪管。
馬克沁消声器有多种型号,能够适应不同口径的枪械
小马克沁手持装有自己设计的消声器的大口径杠杆枪机式步枪
马克沁消声器在军事领域的尝试
小马克沁和当时的美国总统西奥多·罗斯福熟识。据说,前者曾把一支装有自己发明的消声器的手枪偷偷带入白宫,并进行了试射。这个故事真伪难辨,不过作为资深枪械和狩猎爱好者的罗斯福的确对马克沁消声器表示过赞赏。但即使是总统的认可,也并不能帮助小马克沁的消声器在商业销售方面获得更大成功。
由于公司产品销售增长缓慢,小马克沁将注意力转向了军方市场,开始设计与军用步枪相配套的消声器。美国陆军军械部也对这种新型装置产生了兴趣,在1909~1916年期间,对其进行了多次测试。1909年1月,斯普林菲尔德兵工厂负责人S.E.布朗特上校在一份报告中声称,马克沁消声器成功降低了斯普林菲尔德M1903步枪的噪声和枪口焰,枪口处测得的分贝值只有原来的66%左右,并在不影响精度的情况下,减少了大约1/3的后坐力。在最初的测试中,供试验的消声器在损坏之前,连续发射了400发弹。该报告指出,消声器“可以胜任正常条件下使用时可能遇到的任何速度的射击”。
马克沁消声器的广告, 突出强调“安静地射击”
小马克沁为斯普林菲尔德M1903步枪设计的消声器,现珍藏在科迪火器博物馆
小马克沁展示他的军用步枪消声器,时间大约是1911年
虽然对于发射7.62×63mm大威力步枪弹的M1903步枪来说,马克沁消声器不能完全消除其枪口噪声,但确实可以起到明显的抑制作用。试用这种装置的步兵射击学校报告说,消声器为新兵进行步枪射击训练提供了极大便利,它大大减轻了士兵在长时间射击时的疲劳感,同时枪声的减弱使指挥官可以注意到其他声音,有助于对一线部队的指挥和控制。
这种配属于斯普林菲尔德M1903步枪的马克沁消声器也称为1910型,为体现其军事用途,该型消声器下方带有凸笋,可以安装改进过的刺刀。
不久之后,马克沁公司在其基础上开发了1912型消声器,后来又进一步改进为1915型。小马克沁将它们称为“政府型消声器”,显然是想获得军方的订单。小马克沁甚至勾画了军用消声器的美好未来,它将在狙击、警卫、袭扰敌人以及射击训练等多个领域派上用场。他认为,越来越多的市民出身的美国男子缺乏射击经验,当他们参军之后,斯普林菲尔德M1903步枪的巨大枪声和后坐力将使他们难以迅速掌握基本射击要领,而消声器恰好可以帮助其克服这一障碍,从而更快地适应军旅生活。在这种思路的引导下,小马克沁还开发了一种体型更大的消声器,可用在美军当时装备的贝内特-梅西M1909轻机枪上。
美国陆军军械部对马克沁消声器进行测试
小马克沁并非没有竞争者。1912年7月,美国陆军在斯普林菲尔德兵工厂,对小马克沁的军用消声器和罗伯特·A·摩尔设计的消声器进行了对比测试。结果显示,摩尔消声器对精度影响更小,与枪身连接更加紧固,而马克沁消声器更耐用,能够承受更长时间的连续快速射击。陆军军械部最终倾向于马克沁消声器,建议购买100具进行实装测试,每个步兵连发放2具,专供狙击手使用。
1916年3月,约翰·约瑟夫·潘兴将军率1万多名美军进入墨西哥,武装干涉当地革命。这支队伍装备着当时美国最好的武器,使用马克沁消声器的狙击手也参与了行动,但未留下具体使用情况的记载。
美国决定加入第一次世界大战后,1917年军方订购了9100具马克沁消声器,只是战争结束得太快,至今不清楚马克沁公司最终交付的数量。但可以确定的是,同样由潘兴将军率领的美国远征军在前往欧洲战场之前,美军已经储备了大批消声器,而且至少有数以百计的这种产品被运抵法国前线。不过,包括潘兴在内的高级军官们对于使用消声器并不热心,而且在前线夜以继日、永不停歇的炮弹轰鸣声中,消声器几乎无用武之地,所以它们被“遗忘”在军械库里。
小马克沁设计的用于贝内特-梅西M1909轻机枪的消声器
马克沁1910型军用消声器实物剖面
斯普林菲尔德兵工厂保存的测试两款M1903步枪消声器时的照片,上方一支安装的是摩尔消声器,下方则是马克沁消声器
除美军之外的协约国军队也有使用马克沁消声器的记录,如在加利波利战役中,一位名叫比利·辛格的澳大利亚狙击手就使用过一具,安装在他的7.7mm口径李-恩菲尔德短步枪上。战争结束后的1920年,一部分马克沁消声器连同步枪一起,通过“公民射击技术计划”流向民间,另一部分则由国民警卫队使用。1925年3月,仍然在役的马克沁消声器均作为过时装备而淘汰报废。
小马克沁的其他成就
除了一战期间的有限采购,小马克沁所期望的军方大订单一直没有到来。另一方面,消声器本身却招致社会舆论的批评,甚至给小马克沁本人带来了恶名,编辑、作家甚至很多社会公众都认为这一装置是为犯罪分子设计的,坏人会将它安装在手枪上,销售这种东西无疑助长暴力犯罪,云云。但事实上,马克沁消声器大多只用于后膛步枪,销售也没有想象的那样广泛,特别是几乎没有现行犯罪,包括几次对名人的暗杀中使用过这种装置。但随之而来的舆论漩涡,导致美国的一些州以及几个欧洲国家立法禁止生产、销售这种产品,马克沁公司最终被迫在1930年停产消声器。1934年通过的国家枪械法案,更是直接扼杀了消声器作为民品销售的可能以及与之相关的创新——新消声器要支付200美元的印花税,很少有人能负担得起这笔巨款。小马克沁转而致力于为汽油/柴油发动机、空气压缩机、鼓风机、安全阀和其他设备设计消声装置,他将“气体涡流”原理应用于这些机械上,并且取得了远比枪械消声器出色得多的销售成绩。
摩尔消声器的专利图,其制造难度远高于马克沁消声器
小马克沁从小兴趣广泛,加之很早就实现了财务自由,在发明间隙有足够的財力和精力来追求他的那些个人爱好,因此他不仅成为很多领域的铁杆发烧友,并且都能“玩出名堂”。比如作为一名滑翔机爱好者,他拥有飞翔在哈特福德上空的第一架飞机,并协助建立了当地航空俱乐部,还担任哈特福德航空委员会主席。他很早就意识到航空业特别是航空邮件服务业蕴含的惊人增长潜力,提出并推动建设哈特福德最早的布雷纳德机场。
尽管40岁才开始接触,但小马克沁一生最热衷的还是业余无线电运动。后来,他把儿子汉密尔顿·马克沁也发展成为无线电爱好者,父子俩在哈特福德建造了全美最早的业余无线电台,以其强大的火花隙发射机和巨大的天线而闻名。由于硬件条件限制,当时最强大的无线电基站信号传播也仅限于半径160km的范围。为了与美国大陆的其他同好交流,1914年4月,小马克沁提出了他的解决方案,开始在业余无线电爱好者中组建一个被称为美国无线电转播联盟的专业团体,利用会员的电台来中继转播信号。后来,小马克沁还在促成向业余爱好者开放短波、超短波频率方面发挥了重要作用。现今,转播联盟已经发展成为全美业余无线电爱好者协会,且仍保留着W1AW这一呼号,它是小马克沁个人专用的呼号。
此外,小马克沁还喜欢驾驶游艇、看电影和写作。甚至过早结束这位天才“开挂人生”的,也是他坚持一生的一个爱好——天文学。1936年2月,小马克沁前往加利福尼亚州的珀西瓦尔·洛厄尔天文台参观返回途中受寒,导致呼吸道感染并恶化,当月17日在科罗拉多州的拉洪塔去世,享年66岁。
小马克沁晚年将大量精力花在业余无线电运动方面
二战期间英国特别行动署(SOE)为敌后抵抗运动和特种作战设计的.32ACP口径威尔罗德微声手枪
美国Silencer公司近年来推出的安装整体式消声器的“马克沁9”微声手枪,意在向“消声器之父”小马克沁致敬
以“消声器之父”之名
对轻武器来说,小马克沁的最大贡献是发明了消声器这一枪械附件种类。在他之后,更多设计者对消声器进行改进,比如扩大腔体容积、在枪口附近钻孔以减小压力、采用形状更加简单的隔板(消音碗)、增设金属网或液体以吸收热量,或者干脆采取逆向思维方式,改用特殊装药的重弹头亚音速枪弹等等,使微声武器的实用性显著提高。
二战期间,配合新的作战形式的出现,出现了司登Mk.Ⅱ(S)微声冲锋枪以及威尔罗德微声手枪等特种武器。它们从此一发不可收拾,相继在特战、警用、保安等领域得到广泛应用。进入1990年代以后,随着新型材料和数控加工工艺的普及,消声器的发展进一步加速,非对称消声器、模块化消声器、霰弹枪消声器等各种新产品、新技术层出不穷,市场也更加细分。如总部位于美国犹他州的消声器专业制造商Silencer公司,仅在2016年就生产销售了大约12万具消声器,占据美国国内市场的70%份额。该公司近年来还推出了一款“马克沁9”微声手枪,其特点是将消声器整体集成于手枪前部,人机工效和消声效果更佳,其命名显然也是在向一个世纪以前的“消声器之父”小马克沁致敬。