以小搏大的利器:魚雷(上)來自奧匈帝國海邊的靈感

  • 阿文開講
  • 撰文者:高崇文
  • 發文日期:2024-01-04
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封面圖片來源:Torpedo Director - Denmark.tif

阿文前陣子偶然在電視上看到《擊沉俾斯麥號》這部老電影,一開始看到英國皇家海軍引以為豪的胡德號居然沒兩下子就被俾斯麥號的大砲給擊中,剎那間灰飛煙滅,不由得看下去,想知道英國是如何對付擁有這麼強大火力的俾斯麥號;沒想到最後它是遭到從英國航空母艦方舟號上起飛的劍魚式雙翼魚雷轟炸機的襲擊,其中一枚魚雷命中俾斯麥號,使得它的操舵裝置失效。隔日,已經癱瘓的俾斯麥號在與英國兩艘戰艦及兩艘重巡洋艦的持續交火中,遭到嚴重破壞而沉沒(現代的研究似乎認為該艦是自行鑿沉,與電影稍有出入),這讓阿文對魚雷產生了興趣,於是乎寫了這篇「短文」與各位讀者分享。

類似魚雷的武器其實早就存在人們的想像中了。早在1275 年,曾在埃及馬穆魯克政權下擔任軍事科學家的阿拉伯工程師拉瑪(Hasan al-Rammah)就曾寫道,有沒有可能來製造一顆會自行移動並燃燒的蛋?拉瑪想像用兩個固定在一起的金屬板,裡面裝有石腦油、金屬屑和硝酸鉀來製造這顆“ 蛋”。它可在水面上移動,由大型火箭推動並由小舵保持航線來攻擊敵人船隻,聽起來很威呀!當然,拉瑪沒有做出成品,這東西也不叫魚雷。魚雷(Torpedo)這個詞彙,是後來美國發明家羅伯特· 富爾頓(Robert Fulton)所採用的。在1800 年代初期,富爾頓在法國的期間,他獨自構思在潛艇底部放置浮動水雷來摧毀船隻。魚雷這個詞是來自魚雷目(Torpediniformes)中的電鰩屬的名稱, 而後者又來自於拉丁語torpere(僵硬或麻木)。


所以十九世紀初「魚雷」一詞被用於今天所謂的接觸式水雷。雖然富爾頓對這個新點子興致勃勃,然而,法國和荷蘭政府都對潛艇不感興趣,所以富爾頓隨後專注於開發獨立於潛艇部署的魚雷。


1804 年隨著法國逐漸走向帝制,感到失落的富爾頓於是離開了法國,接受當時的英國首相小庇特委託而前往英國。1805 年10月15 日,富爾頓在英格蘭的期間,公開展示了他的“ 地獄機器”,用裝有180 磅(82 公斤)火藥的水下炸彈擊沉了多蘿西號雙桅船。但是英國政府卻拒絕購買這項看起來很讚的發明,他們聲稱不希望:「在海戰中引入一種會給較弱的海洋國家帶來巨大優勢的系統」。就在六天後,納爾遜海軍上將的艦隊在特拉法加打了一場漂亮的海戰,這個喜訊讓局勢頓時轉對英國有利,所以富爾頓發現自己無用武之地,只能黯然回去美國。1807年7 月20 日,富爾頓為美國政府進行了與在英國類似的展示,摧毀了紐約港口的一艘船隻。但是美國政府居然也冷漠以對。隨著富爾頓轉頭專注於他的“ 蒸汽船” (steam-boat matters),魚雷的發展也就停滯不前了。

在1812 年英美戰爭期間,「魚雷」被用來摧毀英國船隻和保護美國港口。事實上,潛艇部署的「魚雷」曾被用來在新倫敦港口企圖摧毀英國海軍的HMS Ramillies,可惜沒有成功。不過由於它的確是蠻恐怖的威脅,所以當時的英國船長哈代警告美國人停止在這場“ 殘酷而聞所未聞的戰爭” 中使用任何“ 魚雷艇”,否則他將下令“ 摧毀海岸附近的所有房屋”。到了美國內戰期間,雙方都使用充氣的細頸大瓶(demijohn)或類似的漂浮裝置,內裝爆裂物,漂浮在水面或水面以下。它們會在與船隻接觸或在一定時間後引爆,儘管偶爾也會使用雷管。這些設備非常簡陋,很容易過早爆炸。USS Cairo 是1862 年第一艘被以電引爆的水雷擊沉的軍艦。它是一個爆炸裝置安裝在一根長達30 英尺(9.1 米)樑的末端,從攻擊船隻的船頭向前伸出水下,然後用炸藥撞擊對手。聯邦潛艇H.L.Hunley 使用這些武器擊沉了USS Housatonic, 儘管這種武器對使用者和目標造成的傷害一樣大。1864 年莫比爾灣海戰期間,海軍少將大衛· 法拉格特(David Farragut)的著名命令,「該死的魚雷,全速前進!」(Damn the torpedoes, full speed ahead !)指的就是佈設在阿拉巴馬州莫比爾的雷區。

不過今天我們講起魚雷,馬上浮上腦海的是那些能夠在水中自動行進的爆炸物,它們的正式名稱是「自行式魚雷」,前面鋪陳的都算是魚雷的「史前史」。自行式魚雷的原型是來自里耶卡(今克羅埃西亞,當時里耶卡是奧匈帝國的港口城市)的奧匈帝國海軍軍官喬瓦尼· 盧皮斯(Giovanni Luppis)委託任職於里耶卡工廠的英國工程師,羅伯特·懷海德(Robert Whitehead)所製作的。

阿文第一次讀到這裡的反應是:蛤?奧匈帝國有海軍?當然有,其實早在1797 年奧地利被拿破崙打敗後,被迫簽訂了《坎波福爾米奧條約》(Treaty of Campo Formio),這個條約明訂奧地利與法國瓜分了老牌海上霸權,威尼斯共和國。1802 年,奧國的「海軍督察長」卡爾大公下令在威尼斯建造第一所海軍院校,後因戰爭而在1848 年遷到迪里亞斯特,後又移至阜姆,名為「海軍院校」(Marine-Akademie),為奧國海軍培養自己的海軍軍官。拿破崙戰爭結束後,奧地利海軍開始活躍,最著名的是在1866 年7 月20日發生的「利薩海戰」,奧國海軍打敗了數量佔有優勢的義大利海軍,這可是它的建軍歷史上最大的一次勝利。當然,比起英國、美國、法國,甚至德國,奧匈帝國的海軍只是小巫見大巫,但也就是因為相較之下顯得奧匈帝國海軍規模小,所以才想積極發展魚雷這種以小博大的「神器」。

就在「利薩海戰」之前兩年,盧皮斯向懷海德展示了Salvacoste(海岸保護者)的計畫,這是一種由陸地繩索驅動的漂浮武器,由於盧皮斯設計的轉向和推進機制並不切實際,所以先前被奧匈帝國海軍當局駁回。懷海德接受了盧皮斯的委託後發現,盧皮斯原先的構想並不可行,只有讓魚雷在水下爆炸才是王道,而且他也發現在岸邊用繩索控制魚雷,也不是好主意,讓魚雷能在水中行進,主動去攻擊船隻才能奏效。他最後開發出一種管狀裝置,設計用於在水下自行運行,並由壓縮空氣來提供動力。結果就是一種潛艇武器Minenschiff(德文:Minen -雷、Schiff -船),這是第一枚現代化的自行式魚雷,1866 年12 月21 日,由懷海德正式提交給奧地利帝國海軍委員會,後世稱這種魚雷為「懷海德魚雷」。從此魚雷一詞就只用來描述在水下或水面上行駛的自行式射彈,不再包括水雷和其他類似的誘殺陷阱裝置。

奧匈帝國的海軍委員會對這個發明印象非常深刻,所以奧地利砲艦Gemse 被改裝,配備了發射筒,在位於阜姆港灣的工廠前進行了50 多次發射試驗。一開始的試射並不太成功,主要是因為這個新武器無法在穩定的深度保持航向。所幸懷海德不屈不撓,想盡辦法,最後他在1868 年引進一種由靜壓閥和擺錘組成的機制,可以調整魚雷的水平舵以保持預設深度。這個發明克服了原先的問題,所以奧地利政府決定投資這項發明,懷海德於是就在里耶卡開設了第一家魚雷工廠。英國皇家海軍代表於1869 年末訪問里耶卡時,懷海德也向他展示了魚雷,所以英國海軍於1870 年也訂購了一批魚雷。1871 年,英國海軍部向懷海德支付了15,000 英鎊,用於第二年在伍爾維奇皇家實驗室開始相關的開發和生產。本來懷海德魚雷是打算在水下發射的,當他們發現英國海軍打算將它們發射到水面上時,該公司還曾感到相當不安,因為他們認為他們的魚雷太脆弱了。所幸,懷海德魚雷最後還是安然度過了這項考驗。

懷海德魚雷的動力來源是使用壓縮空氣,在最早的版本中,空氣是以高達2.55 兆帕(370 磅/ 平方英寸)的壓力儲存並輸送到活塞引擎,這具活塞引擎以約100rpm 的速度轉動單個螺旋槳。它可以以6.5 節(12.0 公里/ 小時)的平均速度行駛約180 米(200 碼)。隨後懷海德的工廠不斷增加空氣的壓力,以此來提高魚雷的速度和航程。到了1870 年,懷海德的新型魚雷能以6 節(11 公里/ 小時)的速度行駛約1,000 碼(910 米);接著,在1876 年他展示了能夠達到18 節(33 公里/ 小時)的魚雷,1886 年能夠達到24 節(44 公里/ 小時),最後在1890 年達到30 節(56 公里/ 小時)。1906 年,懷海德公司製造了可以以35 節(65 公里/ 小時)的平均速度行進近1,000米(1,100 碼)的魚雷。此外,懷海德於1888年購買了奧地利海軍軍官路德維希· 奧布里發明的陀螺儀(gyroscope of Ludwig Obry)的專利,但是後來嫌它不夠準確;因此在1890年,他購買了更好的設計以提高整體控制,這被稱為“ 魔鬼裝置”(Devil's Device)。

1885 年,英國皇家海軍也向他們訂購了一批50 枚的魚雷,懷海德後來在里耶卡的工廠開始生產一系列直徑為14 英寸(36 厘米)以上的設備。當時最大的懷海德魚雷直徑18英寸(46 厘米),長19 英尺(5.8 米),由拋光鋼或磷青銅製成,帶有一個200 磅(91 公斤)的砲彈彈頭。它是由三缸Brotherhood 發動機推動,由於在更高的壓力下,空氣在發動機中膨脹時所經歷的絕熱冷卻會導致結冰問題。於是懷海德想到在空氣送入發動機之前,先用海水加熱空氣來彌補這一缺陷,提高引擎的性能,因為加熱後空氣膨脹得更多,這正是Brotherhood 引擎的原理。這款魚雷大約使用1,300 磅/ 平方英寸(9.0 兆帕)的壓縮空氣並驅動兩個反向旋轉的螺旋槳,為的是盡可能地自我調節其航向和深度。懷海德的第一顆魚雷原本只有一個螺旋槳,需要一個大葉片來阻止它繞其縱軸旋轉。不久後,引入了對轉螺旋槳的想法,以避免對葉片的需要。三葉螺旋槳於1893 年問世,四葉螺旋槳於1897 年問世。今天的魚雷為了最大限度地減少噪音,通常使用噴射泵(Pump-jet),不用螺旋槳。

因為國內和里耶卡的魚雷生產無法滿足需求,懷海德於1890 年在英國波特蘭港附近開設了一家新工廠,該工廠一直生產魚雷直到二戰結束。但由於來自皇家海軍的訂單沒有預期的那麼大,在那裡生產的魚雷主要用於出口。懷海德後來還在法國的聖特羅佩開設了一家工廠,將魚雷出口到巴西、荷蘭、土耳其和希臘。

懷海德魚雷有沒有人仿冒呢? 當然有,據說當德國實業家施瓦茨科普夫(Louis Victor Robert Schwartzkopff)訪問懷海德工廠的最後一晚,工廠發生了騷亂,早上發現有人闖入並偷走了一套魚雷計畫,懷海德堅稱施瓦茨科普夫與這起事件無關。幾個月後,施瓦茨科普夫的公司推出了一款新產品—施瓦茨科普夫魚雷。它看起來與懷海德魚雷非常相似,實際上採用了懷海德的“ 秘密” 擺錘和靜水器控制系統。施瓦茨科普夫魚雷與懷海德魚雷最大的差異是它是純銅打造,不像懷海德魚雷是用鋼打造的。德國L.Schwartzkopff 公司也生產魚雷並出口到俄羅斯、日本和西班牙。1885 年,英國皇家海軍也向他們訂購了一批50 枚的魚雷,日清戰爭中,雙方配置的都是施瓦茨科普夫魚雷。但是總體而言,施瓦茨科普夫魚雷還是不如懷海德魚雷受歡迎,仿冒的終究打不贏正牌的。

羅伯特· 懷海德於1905 年在英國過世,享壽八十二,他過世時長子、長女都先他而去,所以他的遺產由他的孫女阿嘉莎繼承。阿嘉莎的母親是奧匈帝國的女伯爵,阿嘉莎自己也嫁給了奧匈帝國的海軍上校蓋歐格·馮· 崔普,他們小孩的故事後來被拍成電影「真善美」,不過電影的主角正是取代阿嘉莎的家庭老師,後來成了蓋歐格· 馮· 崔普的續弦。沒想到電影「真善美」與魚雷發明者之間還有這樣的一段淵源呢!

懷海德過世前就將公司出售給兩家大型英國軍火公司,維克斯(Vickers)和阿姆斯壯-惠特沃斯(Armstrong-Whitworth)。因此,直至第一次世界大戰之前,該公司一直處在英國政府的控制之下。英國人後來於1910年在HMS Vernon 建立了魚雷實驗設施,並於1910 年在格林諾克皇家海軍魚雷工廠建立了生產設施。到第一次世界大戰爆發時,懷海德魚雷公司依舊在魚雷生產上保持壟斷地位。

懷海德魚雷與時俱進的改良,工程師後來想到可以將液體燃料(如煤油)噴射到空氣中並點燃它的想法。通過這種方式,空氣被加熱得更多並進一步膨脹,燃燒的推進劑會增加更多的氣體來驅動發動機。約在1904年,懷海德的公司開始建造這種加熱魚雷。進一步的改良是使用水來冷卻燃油魚雷的燃燒室。這不僅解決了加熱問題,也可以燃燒更多的燃料,而且還能將產生的蒸汽與燃燒產物一起送入發動機來產生額外的動力。具有這種推進系統的魚雷被稱為濕加熱器,而沒有蒸汽產生的加熱魚雷被追溯稱為乾加熱器。1908 年英國皇家炮廠引入了更簡單的系統。第一次世界大戰和第二次世界大戰中使用的大多數魚雷是濕式加熱器。

懷海德魚雷雖然在歐洲非常搶手,但是要賣給美國海軍卻歷經艱辛,因為美國海軍很早就開始研發自己的魚雷。當懷海德發明魚雷時,引起了美國海軍助理部長大衛· 波特(David Porter)中將的注意。波特下令軍械局於1869 年在羅德島州紐波特(Newport)建立了魚雷站,負責開發美國魚雷。魚雷站工程師和其他美國發明家設計了一些不怎麼成功的魚雷,例如魚雷站的“ 魚式” 魚雷、火箭推進的巴伯(Barber)魚雷、化學推進的萊(Lay)魚雷和使用電池的愛立信(Ericsson)魚雷。最後脫穎而出的還是最接近懷海德魚雷的豪厄爾魚雷。

1870 年時,擔任美國海軍學院天文與航海系主任的約翰· 豪厄爾中校(John Adams Howell,1840-1918)在業餘時間也開始設計魚雷。豪厄爾魚雷的設計以魚雷內部的飛輪為中心,該飛輪提供推進力,同時在水中穩定魚雷,他於1871 年將此想法申請了專利。在接下來的十年裡,約翰· 豪厄爾改進並測試了他的魚雷,直到1881 年總算完成了讓自己滿意的模型。

1883 年,美國國會撥款10 萬美元,用在海軍軍官“ 魚雷委員會” 面前進行“ 全面調查和測試” 後購買和製造魚雷。魚雷委員會明訂他們魚雷的品質,包括“ 準確性、射程、速度、操控的確定性及破壞性”。1883年12 月,約翰· 豪厄爾在魚雷委員會面前展示了他的魚雷,與美國魚雷公司和私人發明家阿薩· 威克斯(Asa Weeks)提出的兩枚水面運行的火箭推進魚雷展開競爭。豪厄爾的魚雷被選中了。經過接下來幾年的額外測試,海軍制定了豪厄爾魚雷的測試計畫。到
1886 年7 月,這些武器在試運行期間表現出穩定的性能。軍械局的一名成員在參議院軍械和軍艦委員會進行了測試;同年晚些時候,他稱豪厄爾魚雷是“ 迄今為止為海軍發明最有價值的美國自行式魚雷”。

豪厄爾魚雷具有重型飛輪,在發射前必須旋轉。它能夠以25 節(46 公里/ 小時)的速度行駛約400 碼(370 米)。與壓縮空氣的魚雷不同,它的優點是不會在其後留下氣泡痕跡,也就不會透露發射它的船隻位置。這是因為電力推進系統避免產生明顯的氣泡。豪厄爾魚雷製造起來很容易也很便宜,因為它沒有複雜的發動機和燃料系統。然而,武器的飛輪噪音極大,此外他還需要蒸汽渦輪機來旋轉飛輪,所以它必須從蒸汽渦輪驅動的魚雷發射管發射。

與當代懷海德魚雷的另一個區別是,豪厄爾魚雷由於飛輪的陀螺效應而沿直線運行。來自一側的單一波浪會讓懷海德魚雷滾動而不是偏離航線,這種橫滾可以很容易地通過方向舵糾正。懷海德魚雷的深度調節由擺錘控制,這是羅伯特· 懷特德的商業秘密。豪厄爾魚雷則是第一個利用陀螺效應的魚雷,由豪厄爾申請專利。1895 年,為了提高方向穩定性,懷海德採用了路德維希· 奧普里(Ludwig Opry)設計的陀螺儀,豪厄爾還以專利侵權為由去控告奧普里陀螺儀侵權呢!

1888 年, 約翰· 豪厄爾將其魚雷專利權出售給位於羅德島州普羅維登斯的霍奇基斯軍械公司(Hotchkiss Ordnance Company,based in Providence, Rhode Island)。美國海軍於1889 年1 月訂購了30 枚豪厄爾魚雷,但過了近三年之後霍奇基斯才交付了第一批豪厄爾魚雷。由於擔心它們可能會落後於許多先前採用懷海德魚雷的外國海軍,海軍同時也簽訂了100 艘懷海德魚雷的合同;1894年,海軍在合同中額外增加了20 枚魚雷,總共購買了50 枚豪厄爾魚雷。

豪厄爾魚雷於1895 年開始服役。到1898 年,已有35 艘海軍魚雷艇被委託攜帶和發射魚雷,其中大部分是豪厄爾魚雷,不過它們的使用壽命很短。因為當時海軍已簽訂了100 艘懷海德魚雷的合同。1894 年由Bliss 和Williams 生產的懷海德魚雷也投入使用。隨著艦艇的魚雷發射管重新又安置在水下,這讓必須從蒸汽渦輪驅動的魚雷發射管發射的豪厄爾魚雷變得令人望而卻步。所以到了1900 年代初豪厄爾魚雷就逐漸淡出。下一回,我們要談談,魚雷為何以及如何改變了近代的海軍史,還請各位看官賞光喔!

參考資料:
[1] 中文、英文、德文維基相關條目。
[2] https://navalunderseamuseum.org/howell/