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黑火药时代
19世纪中期,随着中心发火式金属定装枪弹的发明,后膛装填步枪很快发展,其在射速上全面压倒了采用分装式枪弹的前装枪。此时英国的主力武器还是P1853恩菲尔德前装式步枪,每分钟仅2~3发的缓慢射速已经明显过时。于是,英国人开始考虑换装一种后膛装填步枪。不过此时日不落帝国正如日中天,军队遍布世界各地,装备的P1853恩菲尔德步枪数量超过100万支,全面换装的成本实在难以接受。为此,英国采用了美国人雅各布·施耐德发明的侧翻式枪机对前装枪进行改造。施耐德枪机的设计较为简单,最重要的是对现有的前装步枪结构兼容性较好,P1853恩菲尔德步枪只需要进行简单地改装就能安装施耐德枪机,并配用定装枪弹,从而变成每分钟可以发射10发弹的后膛装填步枪,改装成本远低于制造全新的枪支。经过改装的枪被命名为P1867施耐德-恩菲尔德步枪,配用的枪弹是与P1853同口径的0.577英寸(14.7mm)金属定装枪弹,称为0.577英寸施耐德弹。
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虽然看起来是新式的金属弹壳定装弹,但0.577英寸施耐德弹的结构十分原始。最初的该弹实际上是把一枚0.577英寸口径的米涅弹头和定量黑火药用纸卷包成一体后装在金属弹壳里,而不是像现代枪弹一样把弹头直接固定在弹壳口部。由于使用的弹头还是前装时代的米涅弹,在弹头尾部的空腔位置放置一小块粘土块来帮助弹头扩张以嵌入膛线,粘土块本身浸透蜂蜡,以在发射时润滑弹膛,减少黑火药残渣附着。看似一体的金属弹壳是由黄铜卷制的侧壁和独立加工的铁制弹底组成,弹底中心装有博克塞式底火。由于这种结构的侧壁与弹底结合不牢固,发射后弹底脱落时有发生。而由薄黄铜片卷制的侧壁容易粘膛,需要经常用通条捅出。
不过0.577英寸施耐德弹还是威力十足的。该弹全弹长62mm,弹壳长51mm,内装4.6g黑火药,弹头质量31.2g,在P1867施耐德-恩菲尔德步枪上发射时初速可达380m/s,枪口动能超过2250J,弹头最大飞行距离可达1800m,但由于弹道弯曲严重,有效射程最大只有550m。
虽然P1867施耐德-恩菲尔德步枪结构简单,价格低廉,操作容易,但其沿用自前装枪时代的大口径使得弹头飞行阻力大,对步枪射程日渐增加的趋势是很不利的。因此该枪仅服役4年就被全新设计的枪机起落闭锁式的马蒂尼-亨利步枪取代。相应地,其所用枪弹也换成口径更小、性能更好的0.577/450英寸马蒂尼-亨利步枪弹。
为了降低生产转换的成本,新的0.577/450英寸马蒂尼-亨利步枪弹的弹壳是以0.577英寸施耐德步枪弹为基础制作而成,其名称中“0.577”表示是以0.577英寸口径的施耐德弹为基础,“450”表示新弹配用的枪支口径是0.450英寸。
在投产初期,0.577/450英寸弹弹壳采用的还是和0.577英寸施耐德弹一样的铁质弹底加薄黄铜片卷制的侧壁组合而成的弹壳,因此弹壳肩部有非常明显而难堪的皱褶。在1879年爆发的祖鲁战争中投入使用后,很快就发现这种弹壳由于发射时的高压非常容易变形,黏在连续射击后受热变形的弹膛内部难以取出。加上分离式的弹底强度不足,强行抽壳时非常容易把弹底拔脱,变成在战斗中无法排除的严重故障。由于其表现实在无法忍受,新生产的弹药迅速改成了由一整块黄铜拉伸成型的一体式设计——也就是现代弹壳常用的加工方式,而且弹头的装配方式也得到改进。
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虽然弹壳加工方式改变,外观上也更加现代化,但在0.577/450英寸马蒂尼-亨利步枪弹上还是保留了不少老式的传统设计。比如弹头虽然已经是直接固定在弹壳口部,却还在尾部带有一层薄纸包裹,同时弹底还垫放一片浸有蜂蜡润滑剂的弹托来润滑枪膛。对黑火药时代的枪弹来说,给枪膛涂润滑剂是很重要的,否则大量的黑火药残渣会迅速覆盖枪管内表面,轻则影响精度,重则导致弹头卡滞而炸膛。所以虽然看起来有点保守,但这一做法还是很现实的。
0.577/450英寸马蒂尼-亨利步枪弹全弹长79mm,弹壳长59mm,弹头质量和0.577英寸施耐德弹一样是31.2g。但由于全新设计的马蒂尼-亨利步枪枪机结构的强度远高于P1867施耐德-恩菲尔德步枪,所以发射药增加到5.5g黑火药。该弹在马蒂尼-亨利步枪上的初速达到410m/s,枪口动能2622J。由于枪弹口径减小,弹头的飞行阻力下降,远距离射击时的表现大有长进。在长达20年的服役期内,马蒂尼-亨利步枪及其配用的0.577/450英寸马蒂尼-亨利步枪弹获得了广泛好评。
在祖鲁战争中发生的一场战斗很能说明马蒂尼-亨利步枪及其0.577/450英寸马蒂尼-亨利步枪弹的性能。1879年1月,约150名英军士兵携带该枪和弹在伊杉德瓦纳遭到三四千祖鲁武士的攻击,其中还有50名士兵是野战医院中的伤病员。虽然人数上是绝对的一边倒,但训练有素的英军士兵在400m外的精确射击有效阻止了祖鲁人的接近。在长达11个小时的战斗结束后,祖鲁武士有数百人被打死,而英军一方的伤亡仅仅17人!由此可见,0.577/450英寸马蒂尼-亨利弹已经达到了黑火药时代军用步枪弹所能达到的高峰。
步入无烟火药时代
1884年,法国化学家保罗·维埃勒发明了适合枪械使用的单基无烟火药Poudre B(法文Poudre Blanche的简写,意思是白火药,与老式的黑火药相对而言)。这种新火药不但能提供比黑火药更大的能量,而且发射时不会产生遮蔽视线和暴露自身位置的浓密白烟,也不会在枪管内留下大量难以清理的固态残渣,性能远优于黑火药。
基于维埃勒划时代的发明,法国迅速开发出8×50mmR勒贝尔步枪弹。这种新弹使用质量仅15g的铜被甲铅心弹头,初速高达628m/s。德国人也迅速开发出自己的无烟火药,并据此设计出7.92×57mm毛瑟步枪弹,使用质量14.7g的铜被甲铅心弹头,初速638m/s。这些新一代的无烟火药步枪弹弹道平直程度和远距离射击效果均远远优于老式黑火药步枪弹。而这一次英国人没能走在技术进步的最前沿。 英国新一代军用步枪的研制从1880年代初就开始了。经过多年的设计,最终在1888年用李-梅特福德步枪取代了服役二十多年的马蒂尼-亨利步枪。也许是不想直接拷贝法国人的配方,英国人坚持要自己开发一种优于现有设计的全新无烟发射药。由于在研究过程中遇到一些难题,导致火药的开发进度没能赶上新枪的开发速度,结果在新枪开始装备英军时,配用的0.303英寸步枪弹弹壳里装的还是黑火药,称为0.303英寸MkI步枪弹。不过英国人居然在新弹细小的弹壳里塞了重达4.5g的粒化黑火药,可将13.9g的铜被甲铅心弹头加速到560m/s,对黑火药来说简直是不可思议的成就。
但采用黑火药毕竟是落后的,而且英国人在弹壳的设计上也显得很保守。弹壳底部依然采用传统的突缘式设计,弹壳的锥度相对较大,对抽壳的可靠性有利,比较适合枪支加工粗糙或保养不良时的可靠使用。也许当时英国人采用这一系列比较保守的设计是为了使技术水平相对本土较为低下的殖民地兵工厂也能比较容易生产和使用吧。但是在使用弹匣供弹时,锥度较大的弹壳加上突出的底缘导致弹匣容量稍高就必须有明显的弯曲来保证可靠性,同时在向弹匣中装弹时也必须小心,要保证后一发弹的底缘位于前一发弹的底缘之前,否则枪机往前推弹时就会卡住。在武器容弹量不断提高、自动武器开始出现的时代,0.303英寸MkI步枪弹相对7.92×57mm毛瑟弹这类无底缘步枪弹来说显然是落后了。
直到李-梅特福德步枪服役一年以后,英国人才终于开发出了自己的无烟火药,称为科岱MkI,并于1891年投入使用。与只使用硝化纤维为主要成分的Poudre B等单基无烟火药不同,英国的科岱MkI发射药中含有58%的硝化甘油、37%的硝化纤维和5%的凡士林,属于硝化甘油和硝化纤维的双基火药。这种新火药有更好的燃烧特性,膛压更平稳,膛压峰值低而高压段保持时间长,性能比单基发射药更优秀。由于新发射药外观是淡黄色的细条状,因而获得了“意大利面条”的绰号。
0.303英寸MkI步枪弹在改用科岱MkI发射药后型号名称改为0.303英寸MkIC步枪弹,名称中的字母“C”表示使用科岱发射药,其初速提高到600m/s。但测试显示原有的13.96g弹头的铜被甲太薄,用高性能的新发射药发射时有在枪管内破裂的危险,因此加厚被甲的新弹头很快设计出来,称为0.303英寸Mk II枪弹。
虽然新弹的性能终于赶上了欧洲大陆同行的水平,但在殖民地的实战使用很快显示小口径的(相对11~12mm的上一代步枪弹来说口径较小)新弹杀伤力严重不足,经常出现连续命中多发依然不能击倒敌人的糟糕局面。当时还没有研究枪弹杀伤效果的终点弹道学之类学科,因此当时人们并不知道这种圆头的被甲弹头在击中人体时稳定性过高,很容易直穿而过,不能把足够的能量传递到目标身上以造成伤害。但退回上一代的口径显然是不可能的,毕竟高初速对弹道性能提高所带来的好处很大,而且全弹质量减轻在减少资源消耗和增加弹药携带量上的优势更是不容忽视。所以只有从弹头设计上想办法。
印度达姆-达姆兵工厂的伯蒂·柯兰上尉发明了一种在0.303英寸MkII枪弹基础上改良的弹头,其把弹头的铜被甲尖端切掉,露出内部的铅心,称为0.303英寸MkII*枪弹。这种弹头在高速击中人体时,柔软的铅心会在巨大的压力下膨胀变形,使弹头膨胀成蘑菇状,极大增强杀伤效果,达姆弹由此诞生。
新弹一举解决了杀伤力不足的问题,继续改良的弹头相继出现。首先就是将达姆-达姆兵工厂自行改装的软尖弹头制式化的0.303英寸MkIII枪弹,然后是在弹尖开一个深孔使之成为空尖弹头的0.303英寸MkIV枪弹。空尖弹头的膨胀变形效果比软尖弹头更快更稳定,只是由于铅心过软导致弹头有碎裂趋势,而且对较硬的物体侵彻力不足,于是1899年起在铅心中增加了2%的锑以增加硬度,称为0.303英寸MkV枪弹。
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虽然新弹的杀伤力和侵彻力都非常理想,但是由于被这种高速空尖弹击中时剧烈的能量释放会导致类似爆炸的严重创伤,被指责为不人道,英国也在限制使用扩张性弹头的海牙公约上签字,库存的大约4500万发各型空尖弹从一线部队撤装,只在射击训练中使用。
在经过了大量实战使用后,英国人发现科岱MkI发射药由于燃烧温度过高,对枪管的损伤较大,影响枪支的使用寿命。对一个战线遍布全世界的国家来说,枪管寿命降低带来的成本不容小视。于是,从1901年起英国人用改进后的科岱MD(Modified的缩写)取代了科岱MkI作为步枪的标准发射药。在科岱MD中,硝化甘油含量降低到30%,而把硝化纤维增加到65%,剩下的5%依然是凡士林。新发射药的燃烧温度降低,对枪管的损伤明显减少,而代价是发射药的能量密度也降低了不少,需要增加大约15%的发射药重量来弥补。
在退回圆头全被甲弹以后,杀伤力不足的问题重现。英国人在1904年测试了0.303英寸MkVI枪弹,这是一种把被甲头部尽可能做薄的设计,希望它能在击中人体后自行破裂来增强杀伤力,但测试显示这一设计并不成功。正当英国人一筹莫展的时候,又是欧洲同行给他们带来了启发:德国在1905年装备了7.92×57mm S型轻尖弹。这种弹虽然不是首创尖头弹形(法国8mm勒贝尔步枪弹在1898年就开始使用尖头的D型弹头),但是在很多方面有所突破。首先,S型轻尖弹的弹头质量降低到只有9.9g,初速却猛增到878m/s,弹道异常平直。另外,这种尖头弹质心相当靠后,有很强的翻滚倾向,一旦击中人体,弹头就会在人体内迅速翻滚,变成侧面朝前的打横状态,大大增强了弹头的杀伤能力,无需膨胀变形也同样致命。
英国人在得知德国人的设计以后,不是马上复制现有的成功设计,而是同开发科岱发射药一样,按照自己的思路对现有设计进行进一步的发展和完善,最终的成果就是在1910年推出的0.303英寸MkVII枪弹。 0.303英寸MkVII枪弹配用的尖弹头质量11.3g,弹壳长56mm,全弹长78mm。其弹头设计为流线形,有着良好的符合空气动力学的低阻力外形。但由于弹头较重,加上弹壳容量较小限制了发射药量,初速只有740m/s,枪口动能3094J,明显低于德国同行的水平。不过,英国人设计的亮点在于采用了前后两段式的弹心。
英国人把弹心的前1/3设计成使用铝、赛璐珞塑料甚至木浆纸填充(随产地和生产厂家而不同),之后才是传统的铅心。这样一来,弹头的质心比德国的纯铅心设计进一步后移,弹头在击中人体后也就翻滚更大;同时相对较软的弹尖部分在命中时还很容易变形,产生不对称的阻力,进一步增大弹头的翻滚趋势。因此,这种弹头只需要侵彻人体数厘米就会开始剧烈翻滚,杀伤力比当年的达姆弹更甚。但是由于弹头是全被甲结构,击中人体后不会膨胀变形,并不违反海牙公约。这样一来,英国就有了全欧洲对人体杀伤力最强的步枪弹。
英国在第二次布尔战争中遭遇到对手大量使用发射7mm毛瑟弹的毛瑟步枪,这种步枪坚固的结构和7mm毛瑟弹平直的弹道均优于当时英军使用的发射0.303英寸MkII圆弹头步枪弹的李-恩菲尔德步枪。因此从1910年起,英国开始设计一种新的7mm口径弹和类似毛瑟枪机结构的新步枪。到1912年,全新的0.276英寸恩菲尔德步枪弹设计完成,配用于次年完成的P1913 0.276英寸恩菲尔德步枪。
与0.303英寸步枪弹相比,0.276英寸恩菲尔德步枪弹在性能上的进步是相当大的。其弹壳长60mm,全弹长81mm,更长更粗的弹壳可以容纳3.2g的科岱发射药,尖头铜被甲铅心弹头重达10.7g,初速达到850m/s。如此高的初速加上口径较小的重型弹头带来的低飞行阻力,使得该弹的表现不但明显胜过7×57mm毛瑟步枪弹,甚至已经接近现代7mm雷明顿-马格努姆步枪弹的水平。同时无突缘的弹壳也更适合弹匣供弹,对提高弹匣容弹量和供弹可靠性都才会有利的。不过,该弹也存在一些缺陷。1913年,大约1000支P1913恩菲尔德步枪和60万发弹被送到不同地区的英军部队中进行测试。测试报告显示新枪后坐力过大,而且威力过大的新弹在连续射击时会迅速使枪管过热,增加枪管的磨损,同时还使装填在过热弹膛中的待发弹有自燃的风险。因此,对0.276英寸恩菲尔德步枪弹的改进是必要的,比如需要研制新的燃烧温度更低的发射药等。但是第一次世界大战的爆发使得供应足够数量的武器弹药成了最优先的事情,于是P1913恩菲尔德步枪和0.276英寸恩菲尔德步枪弹的进一步研制都被终止了。
一战到二战之间
第一次世界大战的持续时间和血腥程度都大大超出了参战各国的预期,即便是当时国力强盛的英国也在开战早期一度陷入步枪供应不足的窘况。为此,英国向日本购买了至少13万支有坂步枪来救急。这些步枪使用的是6.5×50mmSR有坂步枪弹,在英国被称为0.256英寸步枪弹。该弹弹壳长50mm,全弹长76mm。虽然0.256英寸步枪弹后坐力明显低于英国的0.303英寸步枪弹,体积和质量也更小,更适合用于轻型武器,但当时的主流想法依然是步枪弹必须有足够远的射程以保证武器能在较远距离射击使用。
一战结束后,英国国力损伤不小,忙于恢复战争造成的损伤,也就顾不上开发新弹。
一战时德国人用MG08机枪远距离的曲射进行压制的效果很明显,让英国人认为自己的维克斯机枪射程不足,于是在二战爆发前的1938年采用了新型的0.303英寸MkVIII弹,专门用来增强维克斯机枪的有效射程。新弹采用略微增重的11.4g艇尾尖弹头,同时发射药也增加了,初速提高到780m/s。这样一来,维克斯机枪的最大射程可以达到4000m,足以对视线外的目标区域进行压制射击。只是这种新弹膛压也比0.303英寸MkVII弹提高很多,不能在李-恩菲尔德步枪上安全使用,是一种专用的机枪弹。
在0.303英寸步枪弹服役的这段漫长的时期里,其使用范围远远超过了之前的任何一种步枪弹。除了英联邦国家和英国的各殖民地国家使用外,非英联邦国家也有正式采用的,比如日本海军就以英国的0.303英寸步枪弹作为标准的中口径步机枪弹,并开发了包括燃烧弹和高爆弹在内的一系列特殊弹种。直到第二次世界大战时,日本海军的各式战机上安装的7.7mm口径机枪使用的依然是同样规格的弹种,这也反映出当时英国国力强盛带来的巨大影响力。
二战及二战之后
在第二次世界大战中,随着步兵交战距离的缩短,传统步枪的远射程变得不再那么重要。最能代表这一新发展趋势的就是德国的StG44突击步枪及其配用的7.92×33mm步枪弹。这种全新的中间威力步枪弹可以在300~400m距离内进行精确的单发射击。同时由于这种弹的后坐力明显低于传统的全威力步枪弹,连发射击时可控性依然良好,可以在近距离遭遇中提供有效的火力压制。加之,全弹质量的减轻增加了士兵携弹量及火力持续性。这种新型步枪和枪弹的实用性明显优于半自动步枪,是传统步枪无法比拟的。
英国人在战争中见识了德国新式步枪的威力,因此二战一结束就开始对中间威力步枪弹进行研究。不过英国人还是偏向保守和传统,虽然知道在现代战争中步枪的交战距离已经大大缩短,在设计枪弹时还是希望能兼顾远射程的表现,以便一种弹在自动步枪、轻机枪和中型机枪上通用。于是,经过一系列的测试,最终完成的设计是一种缩短的0.276英寸口径步枪弹。为了避免与之前的0.276英寸步枪弹混淆,新弹被命名为英国0.280英寸步枪弹,公制标识为7×43mm,弹壳长43mm,全弹长65mm。
新弹使用质量为9g的细长弹头,具有尖锐的低阻流线外形。虽然初速只有760m/s,但由于弹头的存速能力很好,所以在一定距离的表现依然超过了全威力的0.303英寸步枪弹。同时,得益于弹头质量的减轻和设计上的优化,0.280英寸步枪弹的后坐感比0.303英寸步枪弹降低了近一半,连发射击时的可控性也比较有保障。 经过测试,0.280英寸步枪弹的表现可以说是全面超越0.303英寸步枪弹,部分性能接近甚至超过在中口径全威力步枪弹中性能出色的0.30英寸-06步枪弹。这种新弹的出色性能引起了其他国家的注意,特别是比利时的FN公司不但积极参与新弹的改进,还打算在FAL自动步枪上采用这一口径。于是,英国人信心满满地开始向刚成立的北约同盟国推荐自己的新弹种作为北约标准步枪弹。
与北约标准弹的较量
与此同时,美国人也在开发新型步枪弹,以取代0.30英寸-06步枪弹。只是美国人的思想此时更加保守,坚持认为步枪应当以精确有效的单发射击为主,而连发火力仅限于紧急情况下使用。于是设计出7.62×51mm弹,其几乎就是0.30英寸-06步枪弹的翻版,仅仅由于发射药技术的改进使得弹壳长度缩短而已。
由于缺少其他有力的竞争对手,北约标准步枪弹的选型实际上就成了英国0.280英寸弹和美国7.62×51mm弹之间的较量。但是英国经过两次世界大战,早已经元气大伤,再没有之前日不落帝国的强势。于是,英国人在向美国人推荐自己的新弹时,被毫不客气地拒绝了。英国人在吃了闭门羹以后也只好尝试对0.280英寸步枪弹进行改进,希望能符合美国人的胃口。其中一种改进型甚至是把美国的7.62×51mm弹的弹壳口部缩小,然后装上0.280英寸弹的弹头,只是这种拼凑起来的枪弹初速高达820~850m/s,完全是老式全威力步枪弹的表现,不具什么优势。
经过几番较量,北约最终于1954年宣布正式采用美国的7.62×51mm步枪弹作为北约的标准步枪弹,比利时FN公司的FAL步枪等相继改为使用新的北约弹,连同属英联邦的加拿大也站在美国人一边。英国本已在1951年宣布采用0.280英寸步枪弹和无托结构的EM-2自动步枪,迫于形势也只好作罢。
虽然在北约标准步枪弹的竞争中失败了,但是英国人并没有放弃对理想步枪弹的探索——尤其是在越南的实战充分暴露出了7.62×51mm步枪弹的缺陷,证明其远非理想的弹种。在对从4.5~7mm之间的多种不同口径进行广泛测试后,英国人得出的结论是最佳的步枪口径应该介于6~6.5mm之间。因为这个区间的口径用较小的弹头质量就能获得良好的低阻外形,而且较小的弹头截面积也意味着只需要较少的动能就能获得与较大口径弹头相当的侵彻力。于是在1960年代末,英国人用夭折的0.280英寸步枪弹的弹壳略微缩小口径设计出了6.25×43mm步枪弹。
这种新弹弹壳长43mm,全弹长60mm,弹头质量6.5g,初速820m/s,枪口动能约2185J。测试表明,7.62×51mm北约弹需要有大约700J的存能才能击穿钢盔,6.25×43mm弹只需要580J左右就能击穿。由于存速和存能较好,6.25×43mm弹在较远距离上侵彻力和杀伤力不错,而后坐感则与美军在越战中使用的5.56×45mm弹接近。从1969~1971年,英国人对新弹进行了各种测试,但最终注意力还是转向了更新潮的小口径高速步枪弹。
就在英国人进行大范围测试寻找步枪的最佳口径时,从西德传来的一项研究报告显示最适合步兵使用的应该是5mm及以下的微口径步枪弹,于是英国人决定也开发一种自己的微口径步枪弹,要求是性能表现全面超过美军在越战中使用的5.56×45mm M193步枪弹。
这种新弹在1970年开始测试,被称为5×44mm步枪弹。其中“5mm”指的是弹头直径,而不是配用枪支的口径,所以很快就决定按照枪支的口径改名为4.85×44mm步枪弹。新弹的弹壳由5.56×45mm弹的弹壳缩口而来,弹头则是6.25×43mm弹弹头的等比例缩小版。弹头为铜被甲的全铅心结构,质量3.6g,从508mm枪管发射时初速为950m/s,枪口动能约1625J。虽然初速和动能都低于M193步枪弹,但由于其弹头断面密度比M193高23%,且外形为更细长流线状,中远距离的存速和存能都有明显改进。只是在测试中发现4.85×44mm弹的弹壳颈部过短,导致弹头固定不牢,于是将颈部加长了5mm,成为4.85×49mm弹,其他性能都保持不变。英国还研制出了配用该弹的新枪。
1977年,北约开始第二次标准步枪弹选型,英国人提交了刚完成没多久的4.85×49mm步枪弹,弹种包括XL1E1普通弹和XL2E1曳光弹,另外还有未开始大量生产的穿甲弹。然而枪弹设计再好,也敌不过美国巨大的政治影响力。最终获胜的还是美国的5.56×45mm弹。英国只好又把已经设计完毕准备量产的4.85mm口径的SA80步枪改成了5.56mm口径。
军事实力体现的是国力强弱,而步枪弹作为最重要的军事物资,其选择和发展反映一国军事实力的变化。英国的步枪弹从原本的领先世界、遍布全球,到后来的亦步亦趋、委屈求全,可以说就是大英帝国从全盛到衰落的缩影。