Конструкции и изготовление древних луков
(Early Bow Design and Construction)

Эдвард Макьюэн, Роберт Л. Миллер, Кристофер Бергман
Edward McEwen, Robert L. Miller, Cristopher A. Bergman

 
На протяжении тысячелетий самым эффективным оружием в руках охотника и воина был лук, различные модификации которого отражают функциональные потребности использовавших его людей.

НЕМНОГИЕ будут оспаривать утверждение о том, что изобретение колеса и укрощение огня принадлежат к наиболее важным событиям в истории человечества. Однако при этом иногда недооценивается значение изобретения лука. А ведь со времен палеолита до появления огнестрельного оружия в XVI веке лук был не только основным средством охоты, но и главным боевым оружием. Без лука было не обойтись кочевым племенам Центральной Азии, завоевывавшим новые земли и основывавшим династии в Китае, а также вооруженным отрядам, осаждавшим средневековые замки в Европе. Луком пользовались практически все народы. Но его конструкции существенно различались – от примитивных, состоящих чуть ли не из ветки с натянутой на нее тетивой, до экземпляров, больше похожих на сложные механические устройства.

В своей основе лук – это упругая напряженная дуга, два конца которой стянуты тетивой. При натягивании тетивы спинка, или внешняя сторона дуги, оказывается под растягивающим напряжением, а на внутреннюю сторону действуют сжимающие силы. Лук должен выдерживать воздействие этих сил, чтобы не сломаться при выстреле. При полном натяжении лук накапливает в своих плечах потенциальную энергию, которая при отпускании тетивы передается стреле, толкая ее вперед.

Увековеченный в легендах и истории английский длинный лук, вероятно, наиболее хорошо нам знаком. Однако, несмотря на свою огромную мощь, длинный лук не слишком удобен для стрельбы, например с лошади на скаку. Из археологических раскопок и наших экспериментов с точными копиями луков известно, что древние мастера изготавливали их в соответствии с конкретными потребностями, в результате чего существовало множество мельчайших различий в их конструкции. Некоторые народы, такие, как североамериканские индейцы тетон лакота (сиу), укорачивали луки, чтобы ими легче было пользоваться конным воинам. Другие, например, гунны, сочетали различные материалы для изготовления небольших, но чрезвычайно мощных луков, стрелы которых пробивали металлические доспехи врага.

Начиная с эпохи палеолита, конструкции луков в Европе и Азии развивались в целом по самостоятельным направлениям. Ни одному из них нельзя отдать предпочтение. Скорее какая-либо конструкция лука – это одна из возможных попыток найти способ метания небольшой легкой стрелы, обеспечивая при этом точность попадания и достаточную пробивную силу.

Определенная конструкция лука, по-видимому, является продуктом длительного процесса усовершенствования, охватывающего многие тысячелетия и берущего начало в доисторических культурах. Некоторые ученые, например, полагали, что английский длинный лук – это изобретение средневековых англосаксов, нормандцев или валлийцев. Однако были найдены длинные луки, которым по меньшей мере 8 тыс. лет. Некоторые факты говорят о том, что первое снаряжение лучника появилось в начале верхнего палеолита (около 35000-8000 лет до н. э.). В этой статье мы проследим эволюцию лука от доисторических истоков до модификаций, созданных главным образом в Европе и Азии всего лишь 400 лет назад.

НАИБОЛЕЕ ранними свидетельствами изобретения лука, вероятно, являются наконечники метательных снарядов, найденные при раскопках поселений периода палеолита в Старом Свете на территории современной Франции, относящиеся к перигорской и солютрейской культурам. Тонкие основания этих наконечников можно было легко вставить в узкое отверстие на конце древка стрелы. Однако с такой же вероятностью можно предположить, что эти наконечники, относящиеся к периоду 28000-17000 лет до н. э., использовались для оснащения небольшого копья – дротика.

Более убедительные свидетельства найдены археологами в Штельмооре близ Гамбурга (Германия) – деревянные древки стрел и наконечники, относящиеся к позднеледниковому периоду, т. е. к началу девятого тысячелетия до н. э. В этом случае не может быть никаких сомнений в том, что эти стрелы действительно предназначались для лука. В отличие от дротиков, имеющих или узкое углубление, или выступ на конце, предназначенные для фиксации в специальном устройстве для метания – копьеметалке, у этих древок имеются неглубокие прямоугольные прорези, или выемки, которые могли подойти только для тетивы лука.

Наиболее древние из найденных и полностью сохранившихся луков относятся к периоду около 6000 тыс. лет до н. э. Обнаруженные в заболоченных районах Скандинавии, эти примитивные луки были изготовлены из одного куска дерева, в основном из тиса или вяза. Так как они сделаны из одного куска материала, их называют "простыми" луками наряду с другими представителями этого типа.

К периоду мезолита (около 8000 – 3200 лет до н. э.) в Северной Европе появились луки более сложной формы. Например, луки, найденные в болотах в районе Хольмгора на острове Зеландия в Дании, были изготовлены из отдельных брусков древесины вяза. Жесткая рукоять соединяет широкие уплощенные плечи, которые сужаются к концам. Изготовители древних луков, должно быть, тщательно скребли материал, уменьшая его толщину с внутренней стороны, стремясь, чтобы лук при натяжении тетивы сгибался плавно. Это способствовало равномерному распределению напряжения по всей длине лука, что снижало вероятность его поломки и повышало его боевые качества.

Создатели луков из Хольмгора делали их длинными – 150-180 см, т. е. размером примерно со средневековый длинный лук. Такой лук позволял сделать больше длину натяжения тетивы, что значительно увеличивало скорость и дальность полета стрелы. У коротких простых луков, например тех, что использовались конными воинами племен лакота и команчи на равнинах Северной Америки, меньше длина натяжения, которая составляла лишь около 55-60 см.

ПРОЦЕСС совершенствования луков, приведший к появлению хольмгорских экземпляров, вероятно, происходил опытным путем и ограничивался свойствами материалов, идущих на изготовление луков, и качеством инструментов, которые использовались при этом. Простые луки периода неолита, вероятно, являются лучшей иллюстрацией той роли, которая принадлежит инструментам и материалам в выборе конструкции. В наборе каменных инструментов, имевшихся в распоряжении мастера эпохи неолита, обнаруживаются такие, с помощью которых можно делать простые луки. Конечно, эти орудия труда не позволяют изготавливать сложные изделия и производить тонкую обработку древесины. Например, тисовый длинный лук из Меар-Хит (графство Сомерсет, Англия), датированный радиоуглеродным методом с точностью до 120 лет около 2690 г. до н. э., существенно отличается от известного средневекового длинного лука (изготовленного металлическими инструментами) в форме своих внешней и внутренней сторон. Хотя оба они имеют примерно одинаковые размеры (около 200 см), у длинного лука из Меар-Хит более округлая, выпуклая спинка и более плоская внутренняя сторона, чем у более позднего средневекового лука.

Конструкция лука из Меар-Хит свидетельствует о том, что его изготовители для ускорения работы использовали форму ветви или ствола дерева. Доисторический мастер, по-видимому, сначала тщательно выбирал и затем расщеплял подходящую ветвь или молодое деревце требуемой толщины и длины. Обработка материала, вероятно, в первую очередь заключалась в подгонке палки по ширине и толщине. О небольшом объеме обработки материала свидетельствует внешняя сторона лука, которая часто имеет естественную изогнутость куска дерева. При обработке округлой спинки минимально нарушалась поверхность дерева под корой, что уменьшало вероятность случайного ослабления конструкции за счет, например, нарушения структуры древесины. В большинстве случаев луки ломаются потому, что растягивающее напряжение приводит к разрушению их спинки. Часто слабое место находится там, где при изготовлении невнимательно учитывалась структура древесины и возможны нарушения волокон.

Ученым не совсем ясен состав материала, из которого делались некоторые древние тисовые луки. Тис состоит из двух визуально различных слоев древесины: белой оболони, которая является физиологически активным внешним слоем дерева, и оранжевокрасной ядровой древесины – неживой центральной части. Оболонь упруга и имеет высокую прочность на разрыв; ядровая древесина лучше выдерживает напряжение сжатия. Гэд Росинг из Университета Лунда обратил внимание на очевидное отсутствие оболони на спинках тисовых луков эпохи неолита, найденных в озерных районах Швейцарии и датируемых периодом между четвертым и третьим тысячелетиями до н. э. Исследователи сообщали также об отсутствии оболони и в тисовом луке из Меар-Хит.

Наши эксперименты по изготовлению тисовых луков показывают, что крайне маловероятно, чтобы это оружие эпохи неолита было сделано лишь из одной ядровой древесины. Ядровая древесина такого дерева, как тис, слишком хрупкая, чтобы выдержать высокое растягивающее напряжение, связанное с оснащением лука тетивой и ее натяжением при стрельбе. Оружие, изготовленное только из ядровой древесины, было бы весьма ненадежным и могло сломаться в любой момент. Возможно, луки эпохи неолита первоначально делались из невысушенной древесины, которая, по-видимому, была более эластичной, однако боевые качества таких луков были бы весьма низкими.

Появление металлических инструментов после 2000 г. до н. э. позволило мастерам модернизировать длинный лук во многих отношениях. Сохранилось много экземпляров средневекового длинного лука, которые служат хорошей иллюстрацией усовершенствований, внесенных в его конструкцию благодаря использованию металлических орудий труда. Английские мастера делали их из брусков уже более крупных и зрелых деревьев, чем в эпоху неолита. Поскольку окружность внешней стороны крупного дерева имела больший радиус, чем у тонкой ветви, можно было сделать лук с более плоской спинкой. Например, луки, найденные на боевом корабле Генриха VIII "Мэри Роуз" (затонул 19 июля 1545 г.), имели округлый профиль с уплощенной спинкой из оболони.

В Викторианскую эпоху изменения коснулись в основном толщины бруска, а не его ширины. В результате появился значительно утолщенный профиль, характерный для этих луков. Такой лук позволял увеличить скорость и дальность полета стрелы при меньшей силе натяжения. Однако неравномерное распределение сил по осевой линии толстой, округлой внутренней части лука может привести к его поломке.

Все эти изменения не обязательно отражают прогресс в эволюции лука. Действительно "идеальные" конструкции были математически разработаны и научно испытаны в 30-х и 40-х годах нашего века Кларенсом Хикманом из фирмы Bell Laboratories, Форрестом Нэглером из Американского общества инженеров-механиков и Полом Клопстегом из Артиллерийско-технического управления армии США. Эти конструкции больше соответствуют лукам с широкими плоскими плечами эпох мезолита и неолита, чем более поздним английским лукам. Непонятно, почему англичане предпочли узкие плечи. Возможно, это было связано с желанием максимально использовать имеющийся материал.

ЗА ПРЕДЕЛАМИ Европы конструкция лука эволюционировала в другом направлении. Хотя луки, несомненно, появлялись в разное время и независимо друг от друга у многих народов, наиболее сложные модификации были созданы в Азии. В отличие от европейцев азиаты, по-видимому, сосредоточили внимание не на конструкции плеч, а на материалах. В частности, азиатские мастера приклеивали к спинкам своих луков сухожилия животных, используя для этого клеи, полученные из звериных шкур и плавательных пузырей рыб.

Сухожилия имеют высокий предел прочности на разрыв, составляющий около 20 кг/кв.мм, т.е. примерно в четыре раза больше, чем у древесины, из которой делается лук. Это позволяет значительно укоротить дугу без ущерба для длины натяжения или увеличения риска ее поломки. Легкие в обращении на скаку, эти луки с короткими плечами, усиленные сухожилиями, получили распространение в Северной Азии и на Дальнем Востоке. Некоторые индейские племена на западных равнинах Северной Америки также изготавливали и использовали такие луки. (Наличие у человека лошади не является обязательным условием появления таких усиленных сухожилиями луков: в калифорнийских лесах с подобными луками охотились пешие индейцы.)

Главное преимущество такого лука заключается в том, что его дуга неизменно возвращается в исходное положение, более того, при снятой тетиве плечи могут даже выгибаться в обратную сторону. Благодаря этому при надетой тетиве плечи находятся в большем напряжении и накапливают в себе больше энергии, чем плечи простых луков. Короткие плечи также позволяют эффективнее передавать энергию стреле. На "разгон" длинных тяжелых плеч мощного простого лука затрачивается большое количество накопленной при натяжении тетивы энергии, что приводит к менее эффективной ее передаче стреле.

Древние изготовители луков в Восточной и Западной Азии использовали не только сухожилия животных. Некоторые мастера, очевидно, знали, что в природе существуют другие материалы, прочнее, чем дерево. Они создали самый сложный по конструкции лук, для изготовления которого требовалось большое искусство. Этот "сложный" или "составной" лук – удивительное проявление изобретательности в механике. Судя по его названию, он состоит из нескольких различных материалов. В своей классической форме – это деревянная сердцевина, к внешней стороне которой приклеены сухожилия, а к внутренней – роговые пластины (обычно из рогов буйвола). Современные мастера называют такой лук по-разному: сложный, слоеный, или усиленный. Здесь используется термин "составной" лук для того, чтобы показать, что в этом тщательно разработанном луке применены различные материалы: древесина, роговые пластины и сухожилия.

В составном луке разумно используются свойства материалов, из которых он изготовлен. Сухожилия на спинке лука испытывают растягивающее напряжение. Роговые пластины, имеющие максимальный предел прочности около 13 кг/кв.мм (примерно вдвое больше, чем твердая древесина), предназначены для работы на сжатие. Роговые пластины также имеют высокий коэффициент упругого восстановления или способность приобретать первоначальную форму после снятия нагрузки. Благодаря гибкости этих материалов короткие, легкие, упругие плечи лука способны накапливать при натяжении большое количество энергии. Кроме того, гибкие плечи составного лука дают возможность значительно увеличить длину натяжения тетивы, не увеличивая общую длину оружия. Сочетание большой длины натяжения и коротких плеч позволяет выстреливать стрелу из составного лука с большей скоростью и на большую дальность, чем из деревянного простого лука с такой же силой натяжения. Наши испытания показали, что точная копия составного лука с силой натяжения 27 кг должна выпускать аналогичную стрелу с такой же скоростью, как и копия средневекового тисового длинного лука с силой натяжения 36 кг (около 50 м/с).

Только арбалет, появившийся примерно в 500 г. до н. э., может выстреливать стрелу с большей скоростью и на большую дальность [см. статью: Вернард Фоли, Джордж Палмер, Вернер Содэл. Арбалет, "В мире науки", 1985 г., № 3]. Однако арбалет непрост в употреблении. Для получения огромной силы натяжения, которая иногда достигает одной тонны, в арбалете требуются механические части. Следовательно, было бы некорректно сравнивать его с луком, в котором стрела выпускается вручную.

Еще одним преимуществом составного лука является то, что он мог храниться с надетой тетивой в течение длительного времени без ухудшения боевых качеств. В простых деревянных луках и луках, усиленных сухожилиями, тетива обычно снималась в неиспользуемое время во избежание "остаточной деформации" дуги и потери силы натяжения.

НАМ ТОЧНО не известно, где и какой народ первым изобрел составной лук. Археологические свидетельства и исторические записи говорят о том, что такой лук появился у различных народов в третьем тысячелетии до н. э. В частности, согласно последним данным, составной лук создали одновременно, но независимо друг от друга в Месопотамии, Анатолии и в степях Северной Азии.

Английский генерал и археолог Август Генри Питт-Риверз, который первым в конце XIX века ввел в обращение термин "составной лук", считал, что эти луки были изобретены народами, жившими в районах, в которых отсутствовала древесина, подходящая для изготовления простых луков. На первый взгляд утверждение Питт-Риверза кажется логичным. Однако составной лук впервые был найден при археологических раскопках, проводившихся в районах, в которых имелись достаточные запасы древесины, пригодной для изготовления простых луков. Древние египтяне, например, пользовались составными луками, но они также делали и простые луки из твердой древесины акации и рожкового дерева.

Если отсутствие подходящей древесины не является причиной появления составного лука, то тогда следует предположить, что все объясняется стремлением получить более совершенное оружие. К созданию такого лука, возможно, подтолкнуло более широкое использование лошадей в Азии в третьем тысячелетии до н. э., когда большое распространение в боевых действиях получили колесницы и кавалерия. Вероятнее всего, азиатские конные воины отдавали предпочтение более короткому луку и увеличивали его силу за счет использования других материалов. Эволюция составного лука в древней Азии, вероятно, является зеркальным отражением совершенствования конструкции лука в Северной Америке после XVI в. Конные воины-индейцы модифицировали свои луки, приклеивая сухожилия к внешней стороне оружия. Позднее многие племена полностью отказались от использования дерева, заменив деревянную внутреннюю часть лука рогами оленя или снежного барана, что можно назвать шагом в сторону от классической конструкции составного лука.

Одним из древнейших сохранившихся образцов составных луков является западноазиатский "угловой лук", появившийся в третьем тысячелетии до н. э. Этот лук образует тупоугольный треугольник при надетой тетиве и полукруг при полном ее натяжении. Изображения таких луков имеются на печатях из Месопотамии, росписях в египетских гробницах и ассирийских монументальных рельефах. По всей видимости, такая конструкция применялась в течение примерно двух тысяч лет – с 2400 до 600 г. до н. э.

Помимо художественных изображений археологи получили многочисленные образцы составных угловых луков из египетских захоронений. В 1922 г. Говард Картер обнаружил наиболее известные экземпляры в гробнице Тутанхамона. Там находилось 32 составных угловых лука, 14 деревянных простых луков и 430 стрел, а также колчаны и чехлы для луков (налучи).

Первые появившиеся описания действия составных угловых луков не могли объяснить очевидную способность такого лука сгибаться в рукояти. Это свойство абсолютно не соответствует конструкции традиционного длинного лука, который бы сильно вибрировал в руке, если бы его рукоять не была жесткой.

Испытания изготовленной нами точной копии составного углового лука показали, что создается лишь впечатление того, что его центральная часть сгибается. Угол в центре лука жесткий, и лук в действительности сгибается по всей длине своих плеч. При отпускании тетивы не происходит резкого рывка, что позволяет производить плавный и точный выстрел. Чрезвычайно большая длина натяжения тетивы, достигающая 101 см, при которой плечи лука находятся под максимальным напряжением, позволяла, достигать большей дальности выстрела по сравнению с простыми луками второго тысячелетия до н. э.

Угловой лук был широко распространен в Западной Азии вплоть до конца VII в. дон. э., когда скифы объединились с жителями Медии и Вавилона и положили конец существованию Ассирийской империи. Скифы, признанные наездники и лучники, по-видимому, происходили из степей на востоке Украины (территория СССР). Эти кочевники захватили обширные пространства в Азии и от Китая до Греции оставили после себя характерные небольшие бронзовые трехлопастные наконечники стрел размером от 25 до 50 мм.

БОЛЬШАЯ часть сохранившихся лучных принадлежностей скифов относится к произведениям искусства. В курганах Пазырыка в Восточном Алтае на территории советской Центральной Азии были найдены налучи и колчаны, а также древки стрел. Хотя к художественным образцам всегда следует относиться с осторожностью, неизменное единообразие в изображениях скифского лука позволяет сделать определенные выводы.

Конструкция, обычно относящаяся к скифскому луку (или scythicus arcus, как ее называли римляне), использовалась многими народами в течение длительного исторического периода. Она была окончательно разработана в IX в. до н. э. киммерийцами, жившими к северу от Кавказа. Позднее скифы принесли этот лук в Древнюю Грецию. Постепенно он достиг Центральной Европы, где распространился, по-видимому, до Северной Франции.

Рисунки того времени и размеры чехлов для луков, найденных в курганах Пазырыка, свидетельствуют о том, что длина скифского лука составляла около 127 см. У этого лука, имеющего форму лука Купидона, утопленная рукоять, а концы упругих плеч выгнуты вперед. Благодаря такой длине и конструкции, которой свойственна значительная изогнутость в центральной части, а также наличию гибких плеч, длина натяжения тетивы достигает почти 76 см.

Эта цифра соответствует длине стрел, найденных в курганах Пазырыка. Некоторые ученые полагают, что длина натяжения составляла лишь 45 см, принимая при этом в расчет изображения на афинских вазах V в. до н. э. и учитывая малый диаметр отверстия в основании трехлопастных наконечников. Небольшие размеры скифских наконечников и отверстий в них, несомненно, означали, что древки стрел были соответственно меньше по длине и диаметру.

Однако при этом не учитывается главное достоинство составного лука: большое отношение длины натяжения к длине лука. Следовательно, сравнительно короткий 127-сантиметровый лук можно было натянуть значительно больше, чем можно предположить, учитывая его длину. Иногда основание трехлопастного наконечника делали узким, для того чтобы вставлять его в отверстие на конце древка стрелы. Основание такого наконечника, использовавшегося в Средние века, обычно делали коническим с наибольшей толщиной в центральной его части. Скифский лук, как и составной угловой лук, по-видимому, был абсолютно гибкий. Его плечи не обладали той конструктивной жесткостью, которая была достигнута в более поздних составных луках благодаря установке в области рукояти и в местах крепления тетивы костяных или роговых пластин.

Совершенствование оружия часто происходит одновременно со стремлением обеспечить более надежную защиту от него. В III в. до н. э. восточные соседи скифов – сарматы – изобрели новые способы ведения боевых действий. Они одели всадников и коней в доспехи и обучили воинов сражаться в сомкнутом строю. Наличие прочных доспехов сделало необходимым создание лука, способного выстреливать стрелу с тяжелым железным наконечником с большими скоростью и ударной силой.

Кочевые народы Центральной Азии – гунны и авары – создали оружие, способное пробивать доспехи. Они сделали жесткими места крепления тетивы и выгнули их вперед под острым углом. В результате на конце каждого плеча образовался "составной рычаг". Такие "рычаги" позволяли лучнику сгибать более жесткое плечо лука с меньшим усилием. За счет отклонения конца лука относительно спинки возникает такой эффект, будто бы к концу каждого плеча прикреплено колесо большого диаметра.

Когда стрелок натягивает лук, тетива "сматывается" с раскручивающегося "колеса" и длина ее увеличивается. При отпускании тетивы концы перемещаются вперед, укорачивая тетиву, что придает стреле большее ускорение. Аналогичный принцип используется и в современном спортивном луке, в котором имеется система блоков, предназначенная для достижения подобного, но более значительного эффекта.

К XVII в. такие народы, как турки-османы и тюркские племена Ирана, усовершенствовали базовую конструкцию составного лука других азиатских кочевников. Турецкие мастера начали изготавливать луки, укороченные примерно до 111-116 см. Они отказались от утопленной рукояти и костяных или роговых пластин, которые ранее применялись для придания жесткости местам крепления тетивы, и создали лук, грациозно изогнутый по обеим сторонам от жесткой рукояти в направлении слегка выгнутых вперед концов.

Этим коротким лукам была свойственна увеличенная длина натяжения тетивы и огромная мощь. Сила натяжения составляла от 36 до более 45 кг, что эквивалентно силе натяжения вдвое больших по размерам английских длинных луков. Вооруженная турецкими луками османская конница была грозной силой и в средние века покорила Восточную Европу. Но с изобретением пороха и мушкетов турецкий лук постепенно вышел из употребления как боевое оружие и нашел применение в спорте – особенно в соревнованиях на дальность полета стрелы. Пожалуй, наиболее дальние выстрелы из когда-либо зарегистрированных были выполнены в 1798 г. османским султаном Селимом III. Две его стрелы улетели на 889 м – рекорд, которого не удалось достичь с применением луков, изготовленных традиционными методами.

ПОДОБНО любому другому специальному снаряжению, принадлежности для стрельбы из лука отражают характер имевшихся в распоряжении изготовителей материалов, а также функциональные требования использовавших его людей. Например, по сравнению с огромными, тяжелыми боевыми составными луками крымских татар XVII в. хрупкие луки современных бушменов Калахари похожи на игрушки. Однако луки бушменов чрезвычайно эффективны в выполнении своих функций, которые заключаются в выстреливании небольшой неоперенной стрелы, пробивающей кожу животного и доставляющей туда яд.

Эффективность конструкции лука может быть оценена только его способностью выполнять свое конкретное назначение в определенных условиях. В течение многих тысячелетий лук оставался наиболее эффективным метательным оружием, имевшимся в распоряжении охотников и воинов. Его превосходство в этой области пошло на убыль лишь в XVI столетии с появлением и широким распространением еще более мощного средства – огнестрельного оружия.

В мире науки, 1991, № 8 (Scientific American, 1991, No. 6)