Geschmack der Geschichte: Dionysios ‚Polybolos

Das Design von Dionysios von Alexandrias „Polybolos“ ist in den Annalen der antiken Artillerie etwas einzigartig. Schon der Name „Polybolos“ oder „Multi-Shooter“ impliziert, dass diese Waffe, höchstwahrscheinlich ein Torsionsbolzen-Shooter, irgendeine Form von Wiederholungsaktion hatte. Wie von Philon von Byzanz in seiner Arbeit „Belopoietica“ beschrieben, war es ein sich automatisch wiederholendes Katapult mit gerader Feder, das nacheinander Pfeile abfeuern konnte. Es verwendete „einen Doppelkettenantrieb, einen Nockenmechanismus, der lineare in Drehbewegung umsetzt, und automatische Systeme zum Zuführen der Bolzen sowie zum Ein- und Auslösen des Auslösers.“

Bewaffnet mit Philons Beschreibung wurde ein funktionierender Polybolos von Alan Wilkins, FSA, rekonstruiert. Es hat eine rotierende Walze mit zwei Schlitzen (einer längs und einer spiralförmig) und eine Holzkiste, in der die Raketen untergebracht waren. Auf beiden Seiten des Gehäuses befanden sich zwei Paare fünfeckiger Kettenräder (Zahnräder), die durch eine Holzkette verbunden waren. Ein Stift an jeder Kette war an derselben Stelle mit dem Schieber des Katapults verbunden.
Bei der Vorwärtsdrehung von Handrädern an einer Ankerwinde, die mit den hinteren Kettenrädern verbunden ist, bewegt sich der Schieber automatisch vorwärts, woraufhin ein am Schieber befestigter Stift einrastet und der schraubenförmigen Nockennut der Walze darüber folgt. Die Rolle dreht sich im Uhrzeigersinn, bis der Längsschlitz mit der entsprechenden Öffnung des Bolzengehäuses oder Magazins fluchtet, an welcher Stelle die Schwerkraft einen Bolzen in die Längsnut einführt. Wenn der Schieber das Ausmaß seiner Vorwärtsbewegung erreicht, wird die Bogensaite unter die klauenartigen Finger des Abzugs geführt. Ein weiterer Stift greift in den Auslösehebel ein und verriegelt die Klaue über der Bogensaite.
Drehen der Ankerwinde in die entgegengesetzte Richtung kehrt die Richtung des Kettenantriebs um, um den Schieber nach hinten zu ziehen, und dreht dabei die Rolle gegen den Uhrzeigersinn. Wenn der Längsschlitz mit der Nut im Schieber fluchtet, wird diesem durch die Schwerkraft ein Pfeil zugeführt. Der Schieber fährt nach hinten fort, bis ein fester Stift in den hervorstehenden Hebel des Auslösemechanismus eingreift und die Klaue freigibt, um nach oben zu schwenken und die Bogensaite freizugeben. An diesem Punkt treiben die verdrehten Stränge des Sehnenseils die beiden Bogenarme nach vorne und ziehen die Bogensaite entlang des Schiebers, um den Bolzen zu entladen. Die kontinuierliche Hin- und Herdrehung der Ankerwinde auf diese Weise ermöglicht es einem Bediener, eine Folge von Bolzen relativ schnell zu starten.

Der Kettenantriebsmechanismus erzeugt eine beeindruckende Feuerrate im Vergleich zu einer Reproduktion eines Standard-Drei-Spannen-Vitruvian-Katapult. Tests durch Mitglieder der römischen Militärforschungsgesellschaft (RMRS) ergaben, dass Wilkins ‚Polybolos in der Zeit, in der zwei mit der vitruvianischen Maschine und einer zweiköpfigen Besatzung entladen wurden, sechs Bolzen abschießen konnten. Mit dieser beeindruckenden Feuerrate muss es einen sehr triftigen Grund dafür gegeben haben, dass die Polybolos nach dem dritten Jahrhundert v. Chr.
Warum war der Polybolos dann erfolglos? Das Hauptproblem scheint zu sein, dass es keinen großen technologischen Sprung nach vorne in der Feuerkraft bot. Während ein Mann die Polybolos im Alleingang bedienen kann, führt der halbautomatische Lade- und Brennvorgang dazu, dass die Saite im Wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit gezogen wird wie bei anderen nicht automatisierten Maschinen. Die Schwerkraft zuzulassen, um die Bolzen zuzuführen, ist daher nicht viel schneller, als wenn ein Lader sie auf den Schieber gegen die Bogenschnur legen kann. Darüber hinaus ermöglicht das nicht-automatische System der ballistariae mehr Zeit zwischen den Schüssen zu zielen. Philon macht den Anspruch, dass die Polybolos war zu genau („…die Raketen werden keine Verbreitung haben…“), aber man könnte darüber streiten, ob Philon die Maschine jemals in Aktion gesehen hat, denn es gibt keine Möglichkeit, dass aufeinanderfolgende Bolzen in einer engen Gruppe bleiben, außer aus nächster Nähe. In der Tat, lange vor der von Philon zitierten maximalen Reichweite – „…wenig mehr als ein Stade“, etwa 200m – die Bolzen hätten sich ausgebreitet, wie sie bei modernen Rekonstruktionen von Standard-, nicht automatisierten Bolzenschützen zu sehen sind. Der Polybolos ist eindeutig eine viel kompliziertere Maschine mit viel mehr Bestandteilen als der Standard-Bolt-Shooter. Es wäre teurer gewesen, es zu bauen und zu warten. Zum Beispiel verwendete die Wilkins-Rekonstruktion etwa 150 Stifte, um die Glieder der beiden Kettenantriebe zu verbinden, und das könnte die Achillesferse sein, die dazu führte, dass sie von griechischen oder sogar römischen Armeen keine „nennenswerte Verwendung“ gefunden hatte. Jeder Stift müsste der Belastung der Schwerkraft standhalten, und wenn auch nur ein Stift schnappt – buchstäblich „das schwächste Glied“ – dann wäre die Maschine außer Betrieb.
Dennoch ist es faszinierend zu wissen, ob ein Polybolos mit voller Kraft eine brauchbare Waffe wäre. Nachdem ich Alan Wilkins ‚rekonstruierten Polybolos im Laufe der Jahre mehrmals in Aktion gesehen habe und das Glück hatte, ihn tatsächlich zu bedienen, ist er eine komplexe und dennoch elegante Maschine, deren Aktion einfach zu beherrschen ist, aber nicht ohne Probleme.

Erstens scheinen die meisten, wenn nicht alle Rekonstruktionen der Polybolos stark untermotorisiert zu sein. Dies ist keine Kritik an den Rekonstruktionen selbst oder an ihren Erbauern, da die meisten dieser Maschinen einfach Proofs of Concept sind, Arbeitsmodelle in voller Größe, wenn Sie es vorziehen, die darauf abzielen, Dionysios ‚Erfindung „zum Leben zu erwecken“. Ihre Konstrukteure wollten nicht unbedingt ein vollständig gespanntes Katapult reproduzieren. Vielmehr scheinen die meisten von dem Konzept fasziniert und entschlossen zu sein, zu untersuchen, wie all die komplexen Teile zusammengepasst und zusammengearbeitet haben könnten.
Tatsächlich ergibt dies einen Sinn, da der Mechanismus eine unbekannte Größe war / ist. Die genauen Materialien, die bei seiner Konstruktion verwendet wurden, sind nicht bekannt, obwohl wir viel aus den erhaltenen Teilen antiker Katapulte ableiten können. Wir wissen auch nicht, wie robust diese verschiedenen Teile waren oder sein mussten. Wir haben keine Ahnung, ob der gesamte Mechanismus mit den Belastungen der einzelnen Komponenten zurechtgekommen wäre oder ob er mit der Menge an potentieller Energie, die in vollständig gespannten Sinusseilfedern gespeichert ist, effizient hätte arbeiten können. Es besteht die inhärente Gefahr, dass sich die Maschine unter Spannung buchstäblich selbst zerstört. Bis eine tollkühne Person ein Katapult mit voller Leistung baut, das mit dem automatisierten Lade- / Freigabesystem ausgestattet ist, bleibt dies ein „bekanntes Unbekanntes“.
All dies war jedoch die Präambel eines lang andauernden Gedankenexperiments. Wenn man die Wilkins Polybolos als Maßstab nimmt, ist es ziemlich offensichtlich, dass die Bolzen nicht sehr weit fliegen, etwa sechs Meter statt der Hunderte für eine effektive Kriegsmaschine. Dies ist kaum verwunderlich, da der Federrahmen aus Sicherheitsgründen bei öffentlichen Vorführungen bewusst untermotorisiert wird. Der Leistung wird nicht geholfen, da das Wilkins-Beispiel und alle ähnlichen Rekonstruktionen flugunfähige Schrauben verwenden. Wieder einmal ist dies nicht so überraschend. Das automatisierte Vorschubsystem mit Magazin und Rillenwalze scheint die Verwendung von Befiederungen, Rippen oder Flügeln auszuschließen. Das Fehlen einer Befiederung beeinträchtigt jedoch die aerodynamische Stabilisierung von Bolzen oder Pfeilen. Somit bleibt uns die Frage, was passieren würde, wenn flugunfähige Bolzen in einem vollständig gespannten Polybolos verwendet würden? Wie würden sie auftreten? Wären sie im Flug stabil? Würden die Bolzen wahr fliegen? Wie genau würde sich das Katapult erweisen und welche Reichweite könnte erreicht werden? Die Beantwortung dieser Fragen würde sicherlich die Lebensfähigkeit eines vollständig gespannten Polybolos als Waffe demonstrieren.

Wie bereits erwähnt, würden zwei oder mehr Fletches oder Schaufeln, die direkt am Bolzenschaft befestigt sind, ähnlich wie ein Standardpfeil oder eine Armbrust, die konfiguriert ist, das Magazinsystem verschmutzen. Könnten also die Fletches oder Flügel in einen Bolzen integriert werden, um die fehlende ballistische Stabilisierung während des Fluges zu erzeugen? Die Inspiration für eine mögliche Lösung dieses Problems kam von einer etwas unwahrscheinlichen Quelle, nämlich der „Hale Rocket“.

Im Jahr 1844 patentierte William Hale (1797-1870) eine neue Form der Rotationsrakete, die das frühere Congreve-Raketendesign verbesserte. Hale entfernte den stabilisierenden Führungsstab aus Congreves Design und vektorisierte einen Teil des Raketenschubs durch geneigte Auspufflöcher, um eine Rotation der Rakete zu ermöglichen, was ihre Flugstabilität verbesserte. Die drei geschwungenen Flossen, die an Pfeilschnellen erinnerten, waren. vor allem im Einklang mit dem zylindrischen Körper der Rakete. Könnte eine ähnliche Konfiguration für die Welle eines Polybolos-Bolzens verwendet werden? Könnten die Befiederung oder Schaufeln an einer Welle mit reduziertem Durchmesser befestigt werden, um das Zuführsystem nicht zu verschmutzen, und würde dies tatsächlich funktionieren?

Das unten gezeigte Modell basiert auf einem Bolzen, der während der Ausgrabungen von 1922-1937 in der römischen Garnisonsstadt und den sassanidischen Belagerungswerken in Dura-Europos in Syrien geborgen wurde. Ein sich verjüngender Holzschaft ist möglicherweise nicht am besten für das Vorschubsystem geeignet, aber der dickere hintere Abschnitt sollte als nützliches Gegengewicht zum Ausgleich des Eisenkörpers dienen. Experimente mit konischen und parallelen Wellen wären notwendig, um das effizienteste Schraubendesign zu bestimmen. Vier Befiederungen oder Flügel (unten in schwarz dargestellt) werden zur Symmetrie vorgeschlagen. Die Welle an der Stelle, an der die Befiederungen / Flügel haften, müsste einen ausreichenden Durchmesser haben, damit sich die Bogensaite mit der Bolzenwelle und nicht mit den Befiederungen / Flügeln verbindet. Letzterer Umstand würde zweifellos zu einer potenziell gefährlichen Fehlzündung führen.

Eine Alternative könnte sein, einen Standardbolzen mit einer ungewickelten Welle zu nehmen und die Flügel entlang seiner Achse zu integrieren. Das unten gezeigte Beispiel verwendet einen 46 cm langen Bolzen, der normalerweise mit einem Katapult mit einer Elle oder zwei Spannweiten verbunden ist. Drei versetzte Flügel wurden in den Schaft eingraviert, so dass eine ausreichende Materialmasse erhalten bleibt, um der auf den Schaft einwirkenden Vortriebskraft der Bogensehne zu widerstehen.

Der nächste Schritt besteht darin, eine Reihe von Beispielbolzen herzustellen und abzuschießen. Zukünftige Tests werden darauf abzielen, das Konzept zu beweisen und festzustellen, welche der beiden Bolzenkonstruktionen: (1) sauber aus dem Polybolos-Magazin zuführen, (2) mit dem Mechanismus in Eingriff kommen, (3) sicher schießen und (4) die Flugstabilität verbessern.

Anmerkungen:
Wilkins, A. (2003), Römische Artillerie, Shire Archaeology, Princes Risborough, p. 8.
Es gibt wenig oder keinen Beweis jenseits Philons Beschreibung, um zu beweisen, dass der Polybolos mehr als eine Idee war. Höchstwahrscheinlich war es ein nicht realisierter.
Wie bei vielen automatischen Waffensystemen tendiert der Polybolos dazu, mehrere Bolzen konsequent an der gleichen Stelle im Raum zu starten. Dies erzeugt zwar einen eher wünschenswerten „mittleren Aufprallpunkt“, ist jedoch weniger als ideal, wenn mehrere Ziele in schneller Folge angegriffen und getroffen werden sollen.
Winter, F.H. (1990), Das erste goldene Zeitalter der Raketentechnik: Congreve- und Hale-Raketen des neunzehnten Jahrhunderts, Washington und London: Smithsonian Institution Press, p. 321.

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