M4/M4A1卡宾枪
M4/M4A1卡宾枪
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随着M16A2的研制成功，美军也开始考虑为特种部队研制发射SS109/M885弹的新型卡宾枪了。就像M16A2一样，这种新型卡宾枪也是根据海军陆战队的需求而在1983年开始设计的。当时海军陆战队的武力侦察连（Force Recon）正式装备的小型肩射武器只是M3A1“注油枪”（非正式使用的是XM177E2），而装甲车组成员也是使用M3A1，海军陆战连认为应该为这些人提供一种卡宾枪。最初柯尔特公司为海军陆战队研制的M16A2卡宾枪基本上只是把M16A2上的改变应用到653型卡宾枪上，即更换了1/7缠距的14.5英寸（368mm）重型枪管，改用M16A2消焰器，用3发点射代替全自动射击，改用M16A2的机械瞄准具。这种M16A2卡宾枪在1985年完成设计，柯尔特公司的型号编号为720型，而在军方的测试计划中称为XM4。但国会否决了海军陆战队的XM4采购预算，结果武力侦察连不得不采用海军的HK MP5-N冲锋枪来代替老旧的M3A1冲锋枪，而其他的美军特种部队则在1988年开始使用的RO727等其他M16A2卡宾枪。美国陆军的试验与鉴定司令部（TECOM）在1986年4月重开XM4卡宾枪的研制工作和第2阶段试验。经过进一步试验和改进后，XM4在1991年3月被正式定型并命名为“美国5.56mm北大西洋公约组织口径M4卡宾枪”（The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4）。M4与其他M16A2卡宾枪最明显的区别特征是其枪管在距离准星座前25mm的位置上加工了一个缩颈的形状，这是在后来的试验中为了挂装M203榴弹发射器而作出的改动。为了能够挂装原有的M203榴弹发射器，M16A2在护木内的枪管直径与M16A1是相同的，但卡宾枪的护木较短而护木外又采用M16A2式的厚枪管，因此柯尔特的工程师就在护木外的枪管中段加工了这个缩颈，这样就能挂装M203榴弹发射器。固定枪托也能装上去用，但在美军中并不常见有这样做的。
M4卡宾枪还把原本只有两个固定位置的伸缩式枪托改为有四个固定位置，再后来又改为六个。另外M4的照门虽然是M16A2式的，但表尺最远只可调到600米，而非M16A2的800米。由于下机匣是M16A2的，因此射击方式为半自动和三发点射。由于M4和M16A2非常相似，事实上它们有80%的零件可以互换，因此最初也称为M16A2卡宾枪。M4首先装备82空降师，用于取替M16A1/A2步枪、M3A1冲锋枪和车辆驾驶员使用的部分9mm手枪，1994年正式列装。
M4卡宾枪首次参加实战是在1991年的海湾战争，战争爆发前美军突然发现他们缺少新步枪，许多部队仍在使用M16A1，而M16A2只是在1986年才开始陆续装备，有许多部队还没有完成换装。由于需要尽快获得大量的M16A2和M4，因此美国国防部批准增加M4的供应商，缅因州的大毒蛇轻武器公司（Bushmaster Firearms）获得一份供应M4卡宾枪的采购合同，并为陆军供应了4,000支M4，这批枪在“沙漠盾牌”和“沙漠风暴”期间被第82空降师使用，据说施瓦茨科普夫将军（Schwarzkopf）的卫兵也是使用大毒蛇M4。然而当时美军还没有取得M4的生产权（因为美国已经获得M16的生产权，因此当年才能把M16A2的生产合同判给FNMI），柯尔特威胁将会控告美国未经许可就向其他公司转让M4的工艺文件，结果大毒蛇就只得到这一份M4的采购合同。
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采用固定提把的M4机匣
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早期试验中的M4，提把上的照门是M16A1式的，不可调风偏
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使用90发WMG弹鼓的早期试验型的M4
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平顶型机匣的Colt M4A1，当不使用提把时，M4A1可以使用折叠式机械瞄具
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护木内的白色铝制双层隔热屏，可反射枪管的热量，在枪管过热时护木也不至于太热而不能握持
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M16A2的隔热屏只有一层
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M4/M4A1的枪管外形为三段式，枪管前端切削出的一小段缩颈是用以固定M203安装轨的前部。
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M4/M4A1加挂M203PI榴弹发射器的方式与M16A2一样，但没有专用护木。
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这种挂在M4枪管下的短枪管霰弹枪是为了增强近战能力，只有试验型，没有正式型号，一般称为Masterkey
[/color][/size]在M4装备部队后，柯尔特又设计了一种用皮卡汀尼导轨代替固定提把的平顶型机匣，方便安装模块化的瞄准装置。在1994年8月这项改进也被美军接纳，并把这种平顶型M4正式命名为“美国5.56mm北大西洋公约组织口径M4A1卡宾枪”（The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4A1），在柯尔特公司的编号则为927。由于特种部队不喜欢M4卡宾枪的点射限制装置而使用其他可全自动射击的M16A2卡宾枪，因此M4A1也采用了M16A1的下机匣。但在试验中发现M4A1的枪管容易过热，有射手以全自动方式连续打完6个弹匣后护木就烫得不能直接用手去碰。尽管M4A1是一把卡宾枪而不是轻机枪，但为解决这个问题柯尔特对护木进行了改进，把铝制隔热屏由原来的单层改为双层，因此也相应地加粗了护木直径。这项改进后来也应用在新生产的M4卡宾枪上，所以早期的M4/M4A1上的护木和以前的M16卡宾枪是一样的，而后来的M4/M4A1护木都比较粗。
在1994年，海军陆战队发表了《任务需求文件1.14.》（Operational Requirements Document 1.14.），该文案中宣称从长远目光看待武力侦察连的任务，采用M4A1卡宾枪代替发射手枪弹的MP5-N冲锋枪作为CQB武器会更有效。通过一番努力，海军陆战队最终获得资金购买M4A1，但主要是装备特种部队。而美国陆军也在1994年8月正式采用M4/M4A1卡宾枪，首先装备特种部队和快速反应部队。
限制3发点射的M4卡宾枪多数装备车组成员、机组成员、文书或军官，例如M1坦克车组成员多年来是使用4支M3A1冲锋枪作为自卫武器的，现在则改为两支M4卡宾枪和两把M9手枪。由于平顶型机匣方便安装瞄准镜，除了早期的订货是有A2提把外，现在美军所有采购的M4均采用平顶机匣，配用的瞄准镜主要为Trijicon公司的TA11和TA31 ACOG及Aimpoint M68 CCO。目前的标准型M4系列为柯尔特920型（平顶M4，快慢机为“S-1-3”）和柯尔特921型（M4A1，快慢机为“S-1-F”）。
配备KAC M4 RAS护木的柯尔特925型卡宾枪经过测试后被定型为M4E2，但这个名称似乎由于对已有的卡宾枪安装这个护木后是否需也应更改名称的困惑而被放弃。美国陆军野战手册中把安装RAS的M4系列称为模块化武器系统（Modular Weapon System）或简称M4 MWS。
尽管M4A1是为特种部队研制的，但陆军在1998年宣布，计划在常规部队中用带RAS护木的M4A1取代M16A2作为制式步枪，而原来的M16A2则转交预备役部队和海岸防卫队（注：另一些资料指出换装计划是从1997年11月起进行，打算至1999年底全部换装完毕）。为什么陆军会打算用一种卡宾枪来取代标准的突击步枪呢？陆军的解释是M4A1比M16A2轻，而且足以有效对付200米射程内的目标；有另一种解释是当“陆地勇士”系统装备部队时，M4A1能够减轻系统总重量。但其实还有另一个传言，说陆军内部有一些高级将领仍然对FNMI在1988年凭价格优势击败柯尔特获得M16A2的供应合同而耿耿于怀，因为FNMI是外国背景公司。假如陆军决定采用一种不同型号的步枪，这样就有理由不继续履行与FNMI的采购合同了。
对于M4A1的采购引发了许多争议，而且当柯尔特获得陆军的生产合同后，FNMI随即提出他们也能为陆军生产M4A1。陆军拒绝了这个提议，于是FNMI向美国联邦法院提出诉讼，指美国指定唯一的承包商是不公平的。联邦法院在柯尔特的运动下驳回了FNMI的申诉，解释说M4系列的技术是柯尔特专有的，而且按照柯尔特与陆军在1997年12月达成的协议，军方在2011年前都不得向其他生产商授予M4系列的生产权或转让工艺文件。
陆军采购M4A1的高峰是在2000年前后，在2001年美国陆军最终决定让常规部队装备RAS护木的M16A4，似乎是对那个传言的佐证，陆军仍然是从柯尔特采购M16A4。
由于较短的枪管导致初速较低和膛口噪声较大，护木也比长步枪更容易发热，因此海军陆战队是在采用M4A1还是要保留M16A2的问题上反复争论，最终在2002年9月宣布将用带RAS护木的M16A4代替M16A2，但却是由FN生产的。在阿富汗战场上许多徒步战斗的步兵抱怨M4A1存在射程不足的缺点，促进了海军陆战队的这一项决定，然而在2003年入侵伊拉克的城市战斗中，那些仍在使用M16A2的机械化步兵却认为他们更需要像M4这样短小精悍的轻武器，这是因为城市中的战斗距离比阿富汗山区要近得多，而且即使在城郊作战，这些机械化部队成员都没必要用手中的轻武器去对付300米外的目标，而那些抱怨M4A1射程不够的部队多数是缺乏重武器支援的轻步兵。
虽然M4系列的有效射程没有长枪管的M16系列远，但是许多军事分析家认为步兵轻武器大多数情况下不需要射击300米目标，只要在150m内有效就足够了。M4系列由于紧凑的外形和强大火力（仅限可全自动的M4A1）适合CQB而受到反恐部队和特种部队的喜爱，这些优点也适用于城市战斗，因此在常规部队的步兵班中，以M16A4为主再搭配少量M4A1成为流行的模式，而在特种部队和空降部队等快速反应部队中，M4A1则是主战武器，美国特种作战司令部（USSOCOM）把M4A1采用为制式步枪。
在近几年，柯尔特又生产了加厚护木内枪管部分的M4A1或改装套件，在枪管整体加厚后虽然会略为增加重量，但全自动射击时更耐热也更准确。这些采用重型枪管的武器还配有一个重量稍大并被称为H2的新缓冲器。标准的H缓冲器里面有一块钨和两块钢组成的滑动配重，而新的H2缓冲器改为两块钨和一块钢。目前这些武器被称为柯尔特921HB型（重枪管），但军队采用的HB改进型并没有重新命名，所以型M4A1是包括了921和921HB。
除了在美军装备外，M4系列也出口到其他国家，而柯尔特也向执法机构提供RO777、779、977和979这4种型号的M4/M4A1。
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