就像我们之前反复提到的，科技革命带来了生产力的解放，而海军技术也因之而获得长足的发展。技术上的变化，又必然会导致海军力量对比的剧烈变化，对于此最为经典的描述就是“工业革命深深的影响了海权的变化”。现在我们回过头来看十九世纪末二十世纪初的海军技术革命的成果时，可以将其大致分为以下七类：新式的动力系统；革命性的通信系统；舰炮系统的改进；火控系统的出现与演进；鱼雷的出现与发展；舰体设计与防护的变革；潜艇的出现与演进；lq99W
毫无疑问，蒸汽机的装舰有着十分重大的历史意义，甚至可以认为，“蒸汽战舰的建造开（海军）技术革命之先河”。但是，同样值得注意的是，蒸汽战舰方兴未艾的十九世纪中期正是风帆战舰发展到巅峰的时候，事实上在此时，由于舰体结构和蒸汽机功率的限制，蒸汽战舰排水量的很大一部分都为体积和重量都很庞大的蒸汽机和同样庞大的燃煤所挤占，因此，除了在无风或微风情况下以外，此时的风帆战舰的主要性能（航速、火力等）大多超越了同吨位的蒸汽战舰，仅以航速为例，十九世纪中期的风帆巡洋舰可以很轻易的在顺风情况下达到18节甚至更高的航速，而纯蒸汽巡洋舰达到此种航速已经是1880年以后的事了，蒸汽动力相对风帆动力最大的优势在于其在无风或微风的情况下依然具有机动力，且其动力系统相对风帆而言具有更好的生存能力。看到这点的同时，我们还要注意，作为一种新生事物，蒸汽动力的发展同样是十分快速的。lq99W
任何活塞式蒸汽机推进系统都必须具备以下组件：锅炉、附属管道、冷凝器、往复蒸汽机。这种机器工作的原理是：首先由锅炉产生高温高压蒸汽，高温高压蒸汽通过附属管道推动往复蒸汽机中的活塞做功，做功结束后的蒸汽通过冷凝器凝结成水，再通过附属管道通向锅炉，进行下一个循环。lq99W
早期的锅炉受冶金技术水平的限制，要承受高温高压蒸汽对锅炉的巨大压强，就不得不把锅炉壁建得很厚，但这样一来就造成了热机效率极低，功率密度不足，而落后的工业设计又令这个问题雪上加霜。后来出现的火管锅炉。lq99W
将水箱设计成蜂窝煤状，热燃气通过中间的垂直孔对水箱中的水进行加热，从而热效率由原来的5%左右提高到了10%以上。但是显然，这种提高依然无法满足对于日益增长的对动力系统功率密度的要求。于是，1880年，法国人贝勒维尔发明了贝勒维尔式水管锅炉。lq99W
同火管锅炉的设计思路相反，这种水管锅炉将水管成盘旋状通过火焰上方，使得水在接触管壁的一瞬间就加热至气化且过热状态，以此获得更高的热效率。早期的锅炉往往直接取用海水，而海水中的杂质在加热后会形成水垢，时间稍长，积累的水垢就会堵塞锅炉。所以，在1870年代以后，各国都开始给锅炉使用蒸馏水，以解决水垢堵塞的问题。但是，蒸馏并不能完全消除锅炉用水中的杂质，使用时间一长依然会导致堵塞，尤其是在在引入水管锅炉之后，这个问题变得更加明显。为了应对这个问题，除了定期清理锅炉之外，还有些设计将水管锅炉的水管设计成直的，从而呈现所谓的“直管锅炉”形态，以减少堵塞。lq99W
但是，锅炉因为体积庞大而造成的功率密度过低的问题，是不可能单单依靠设计优化而解决的，要想在此问题上获得突破必须在冶金工艺上获得突破。这个突破发生在英国，1882年，英国人研制出了性能各位能更加优良的锅炉材料，使得同功率的锅炉质量下降了近四分之一。例如，1860年时的“勇士”号的炉压为1.5个标准大气压，能够产生120度左右的蒸汽，而到了1892年，与其锅炉重量几乎相同的“吉野”号能产生200度的蒸汽。lq99W
往复蒸汽机也随着技术的进步而不断发展，到了十九世纪后半期，三胀往复蒸汽机获得大量应用，这种蒸汽机分高压、中压和低压机组，能够最大限度的利用蒸汽的能量推动活塞运动。同样以“吉野”号为例，这条建成于1892年的穹甲巡洋舰的三胀往复蒸汽机，设计能够产生15000马力的澎湃动力，使得这艘4150吨的巡洋舰达到23节的高速，而在强压通风的情况下，甚至能够产生23031马力。lq99W
更大发展是蒸汽轮机的产生。三胀往复蒸汽机受限于气缸磨擦而不能保持长时间的高速运转，冶金技术的进步对此项性能的提升也是很有限的，而所有的三胀往复蒸汽机都存在汽缸漏气的问题，而这也限制了其对蒸汽的利用率。到了1880年代，蒸汽轮机的出现彻底解决了这个问题。更加高超的冶金技术能够保证高速旋转中的轮机叶片不会因自身的离心力而折损。新的突破同样发生在英国，1897年，装备由英国科学家帕蒂森研制的帕蒂森式蒸汽轮机的“蒸汽涡轮家”号验证舰在试航中达到了梦幻般的37节高航速，并在此速度上维持了3个小时，这是无论如何也不能由三胀往复蒸汽机达到的性能。lq99W
在无线电应用于战舰之前，舰队的通信与指挥和几百年以前没有什么本质的不同：在昼间简单气象条件下使用旗语，而在夜间或昼间复杂气象条件下则使用灯光，辅以小艇或专用的通报舰传递情报。而英军1882年攻打亚历山大港的时候，甚至在编队中编入了一艘海底电缆船，以保证舰队随时能够同伦敦联系。lq99W
而无线电的出现，特别是远程无线电的出现，极大地改变了这种情况。早在1887年，德国科学家鲁道夫·赫兹就提出了通过无线手段传输信号的理论结构。而无线电通信的核心部件早在1898年左右就为美籍克罗地亚科学家尼古拉·特斯拉申请了专利。但出于某种原因，直到1908年，才由意大利科学家马可尼完成跨大西洋远程通信试验。lq99W
无线电的应用，毫无疑问的，对海军产生了深远的影响。它比灯光、旗语、通报舰更加快捷，更富有实效性，能够更好的使国家掌控其舰队，并将舰队与岸上、舰队与舰队之间，建立了由看不见的电波构成的联系，从此，大洋上的舰队不再是孤立的作战而是可以进行有效及时的协同。无线电的优势还不止于此，它能够及时的传输声音、图像或其他更为复杂的信息，并且不会受到缆线的限制，因此，其应用的地域几乎不受到限制。lq99W
随着无线电的大规模应用，海军战略也因此而发生重大的改变。lq99W
舰炮系统作为那个时代海军最为常用的武器系统，无疑是各国海军技术发展的重中之重。lq99W
十九世纪中后期的舰炮主要是身管火炮，分为前膛加农炮和后膛加农炮。同样受冶金技术和工业设计水平的影响，同口径同倍颈的后膛加农炮的膛压不如前膛加农炮高，这就意味着发射同种炮弹时同口径同倍颈的后膛加农炮的炮口初速不如前膛加农炮，也就是意味着其威力不如前膛加农炮。因此，大威力的战列舰主炮往往采用前膛加农炮，以追求更远的射程和更大的威力。lq99W
然而，在不断追求更远的射程和更大的威力的情况下，前膛加农炮也不能保证绝对的安全。1879年，英国海军的“霹雳”号的主炮发生炸膛事故，使得各国都意识到了这点。对于此类问题，传统的办法是增厚炮管壁，并加强炮口的加强环，但是这样会导致火炮重量和体积提升到一个令人难以接受的程度。解决之道在于，冶金技术的进步和火炮设计的改进。火炮的炮管材料由传统的，机械性能较差的灰口铸铁改进为机械性能更好的锻铁，而炮套的材料改进为钢，这就是中国所谓的“钢箍套炮”。同时，由于套管性能提升而使得套管壁变薄，炮身变轻而使得更大倍径的火炮出现成为可能。lq99W
但是，无论前膛加农炮发展到何种形态也不能解决一个问题，那就是射速过慢。一组最熟练的炮手也无法令一门12吋口径的前膛加农炮在五分钟内发射第二次。lq99W
对于此问题的解决办法是，研发后膛加农炮。为了防止后膛漏气的现象发生，法国人发明了断纹螺栓，而德国人发明了楔式炮闩，并且都取得了良好的效果，后膛炮的射速也因之得到极大提升。以德国的克鲁伯210毫米1880式钢箍套炮为例，其射速达到了2.5分钟一发射速。较同口径前膛加农炮提高了一倍。lq99W
但是，由于考虑到舰炮发射时的巨大后坐力，1886年以前设计的舰炮大都使用架退机构来抵消之（有少量使用原始液压炮架复进机构，但是对射速提高有限），但这也使得后镗加农炮的射速受到限制而难于继续提升。于是，英国人在1886年设计出了新一代的液压炮架复进机构，进而于1890年研制出了炮管复进机构，一举将中口径炮的射速提高到5-6发每分，而大口径炮的管退化则要到1895年前后才逐渐实现。这个情况使得舰艇的火力与防护设计也因此出现了变化，这我们在后文还会提到。lq99W
随着火炮本身进步的同时，与火炮相匹配的弹药也发生了巨大的变化。lq99W
首先，舰炮发射药发生了变化，从黑色火药改进为硝化纤维，即无烟火药或称强棉药。这要归功于化学工业的进步。所谓硝化纤维，即无烟火药或强棉药，是将棉纤维置于浓盐酸中硝化，进而置于98%的浓硫酸中脱水而制得的，因为其燃烧后仅产生少量烟雾，故被称为无烟火药，又因其是以棉纤维和强酸为原料制得，故而又称强棉药。相比传统黑火药，硝化纤维具有燃速快、燃烧后烟雾产生少等优点：燃速快，使得火炮膛压升高更快从而获得更高的炮口初速，提高了舰炮的射程和威力；燃烧后烟雾产生少，使得战场不再被火药燃烧后产生的烟雾笼罩而造成观瞄困难，战场能见度提高，远距交战成为可能。lq99W
其次，舰炮的炮弹，特别是穿甲弹也发生了变化，其爆炸威力更高，穿透力更强。早期的舰炮炮弹，也分有穿甲弹和高爆弹。但由于工业加工水平不高，不能为穿甲弹装备引信，因此在攻击有装甲防护的目标时，往往显得攻击力不足。但改进之后的穿甲弹拥有了延时触发引信，能够在穿透敌装甲之后爆炸。而穿甲弹的装药也从黑火药进化为苦味酸火药。苦味酸火药，又名下濑火药，其主要成分苦味酸原为一种黄色染料，经法国科学家特平于1885年发现具有易燃易爆特性，进而由日本工程师下濑雅允于1891年研制成功以此为主要成分的下濑火药。此药性情暴烈，稍一触碰就会爆炸，且能产生中心温度高达上千度的大火，号称对钢铁都能点燃，这种火药爆炸形成的火焰会像汽油着火一般四散流动，即使在水中都能持续燃烧一段时间，同时伴有有毒的黄色烟雾。原本用于高爆弹，后来英国向其加入一定量的钝化剂，使得苦味酸火药更加稳定并将其用于穿甲弹，使得穿甲弹的爆炸威力大增，但同时也使得早炸现象更易出现。而在穿甲弹爆炸威力提高的同时，其穿甲能力也有着长足的进步，这主要体现在被帽穿甲弹和新材质在穿甲弹上的应用上。lq99W
任何火炮，无论其威力如何巨大，只有将炮弹打到敌人身上，才能发挥其威力。然而，在波涛汹涌的海上，战舰本身的横摇和纵摇、海风对炮弹影响、目标的机动这些都使得将炮弹打到敌人身上变得困难。lq99W
在使用黑火药的时代，当时由于前述火炮性能和发射药性能的限制，海战往往在较近的距离爆发，一般而言，首轮攻击的距离不会超过5000米，而有效交战距离更是在3000米以内。在这样的距离上，炮弹的弹道较为平直，在空中的飞行时间也较短，前述的不利影响并不明显，因此完全可以采取直接瞄准攻击。lq99W
然而，随着火炮性能和发射药性能的提升，火炮初速更快，射程更远，但其炮弹弹道也随着射程的增加而变得更加弯曲，在空中的飞行时间也更长，这就使得前述的不利影响变得十分显著，依靠直瞄命中远距离的目标几乎成为了不可完成的任务，观察瞄准手段的落后已经严重的影响了舰炮有效射程的提升。在1900年前后，战列舰主炮的最大射程已经超过10公里，但却没有相应的火控系统来支持战舰的远距炮战，当时称之为“距离诅咒”，这种情况也对战舰的设计和使用产生了影响。lq99W
对这个问题的思考催生了火控系统的概念。一套典型的火控系统应该包括以下组件：测距仪、弹道计算修正装置、参数传输装置。最先出现的是测距仪。在测距仪产生之前，要测定敌舰距离往往只能依靠炮手或观察员的个人经验。1890年，吉米怀特爵士在设计制造“吉野”号时将阿姆斯特朗公司生产的世界上第一种测距仪装备在了“吉野”号上，这是一种基线长为1.5米的测距仪，日本称之为“武式测距仪”，从此拉开了测距仪上舰的序幕。lq99W
测距仪使得炮手能够更快速而精准的得知敌我距离，但是这对远程炮击并没有太大的帮助，因为炮手即使知道了敌我距离也无法快速而准确的解算出火炮的射击诸元并进行装定。这一时期测距仪的主要作用是提高了近战时火炮的命中率，在甲午海战中日方参战人员回忆中就有以下观点：“考虑到距离测定准确，因此推断我方的命中率极高”。而要进行有效地远程炮击，就必须有能够快速解算出火炮的射击诸元的装置出现。lq99W
新的突破同样发生在英国这个在机械自动化上的造诣令人惊叹的国家。伦坡系统和德雷尔系统，是英国发明的两种计算并装定火炮的射击诸元的装置。目前笔者已知的国内唯一撰文对这两种系统有所介绍的杨坚先生，在其著作《费希尔与英国海军革命》一书中这样介绍伦坡系统，“1901年，一位民间发明家伦坡设计了一种海军目标测距、定位与跟踪系统，并在一些海军军官的支持下获得了官方拨款。1905年其原型系统进行了试验，效果令人鼓舞。”但是，笔者经过研究发现，伦坡系统在1907年才以拼凑形式演示概念给海军部演示并取得实验合同，雏形产品1909年底才装置为皇家海军所论证。而且1907演示时使用的部件也是杜末瑞克公司与维克斯公司的成熟产品，此时较德雷尔系统概念先进且自动化程度较高的Argo Clock还在停留在图纸上，而Argo ClockMk I要到1909才完成。lq99W
而德雷尔系统从1909年开始设想，除了其绘图仪是德雷尔设计的以外，火控台的其他主要部件如杜末瑞克向量测定仪与维克斯射程计算仪等都是五六年前即以发明的。即使得到费希尔的支持，原型机也还是要到1911年底才装置于“威尔士亲王”号（HMS Prince of Wales）论证。lq99W
无论如何，火控系统的研制成功，赋予了战舰在更远的距离上发炮攻击的能力。lq99W
鱼雷是一种1868年才由英国人怀特·海德（White Head）于奥匈帝国埠姆研制成功的新型兵器。怀特·海德的第一枚鱼雷直径为356毫米（14吋），长3.53米，装药15-18公斤。因为这种鱼雷的发明人怀特·海德的名字汉语意义为“白头”，因此中国人又将此类鱼雷称为“白头鱼雷”。与炮弹杀伤方式不同，鱼雷行于水下，通过命中敌舰后猛烈的水下爆炸造成其船底进水，最终导致敌舰倾覆或沉没，是威力惊人的武器。由于鱼雷体积小，使得小型军舰也能搭载，而威力又大，也就赋予了搭载它的小型舰艇以挑战大舰的实力，因而其与搭载它的小型舰艇——鱼雷艇——一道，成为弱势海军国家最为青睐的武器。而鱼雷的性能也在不断的快速发展。1870年代的法国甚至兴起了极端重视鱼雷兵器的“新学派”，以至于出现了这样的描述：“法国将鱼雷作为挑战皇家海军霸主地位的希望。”而鱼雷也的确如法国所希望的对大英帝国皇家海军造成了严重的挑战，“一战中鱼雷变成了皇家海军苦难的根源并使其濒于瘫痪”。只不过挑战者并非法国，而是德国。lq99W
自从进入铁甲舰时代以来，军舰的舰体设计就在不断的发生日新月异的变化。钢铁取代木材成为了主要的造船材料，使战舰可以造得更大，拥有更强大的火炮、更坚固的装甲和更强大的动力。1860年，世界上第一艘真正意义上的远洋铁甲舰“勇士”号在英国下水，使得英国海军“进入19世纪装备持续发展的时期”。lq99W
早期的铁甲舰的舰体外形同风帆战舰并没有太大的不同，事实上，它们也都保留着风帆。甚至为了减小在使用风帆时的水下阻力，英国的“勇士”号甚至装备了可升降式的螺旋桨。lq99W
但是这样的设计很快就被抛弃，因为很快经过改进的动力系统就能够为舰艇提供持久而充足的动力。lq99W
而舰体结构也出现了巨大的变化。随着舰载设备，主要是动力和武备的日益复杂化，舰艇的分舱也更加细化，当然，火炮性能的日益增加和鱼雷兵器的出现无疑推动了这一趋势。lq99W
变化同样明显的还有战舰的防护。一般人们持有的防护高=装甲厚度大的概念毫无疑问是不正确的。防护水平的高低除了与装甲厚度有关外，还取决于装甲的布置方式、性能，以及舰体结构的设计。lq99W
在中口径速射炮出现之前，战列舰往往采取“铁甲堡”（ArmoredBox，也称装甲盒）的装甲防护设计，而稍晚诞生于俄国的“海军上将”号装甲巡洋舰也使用了这种防护方式。这种设计将全舰的重要部分，如机舱、弹药库等，纳入装甲盒的保护范围，而对次要部分则没有保护，是一种全有全无式（All or Nothing）的防护设计。然而，在中口径速射炮出现之后，由于大口径舰炮的射速依然过于缓慢且命中率不高，装备大口径舰炮的战列舰往往不能在装备大量中口径速射炮的快速舰艇（例如下文要提到的防护巡洋舰）进入其射程之前将其摧毁，因此为了对中口径速射炮同样达到有效的防护，不得不在战列舰上的次要部分也加装装甲，形成所谓“全面防护”形态。为了防护鱼雷的攻击，战列舰上出现了“鱼雷防护设施”（TDS），这是一种能够吸收鱼雷爆炸能量的设施。而巡洋舰则出现了两大分支，原有的无防护巡洋舰逐渐消亡，在其基础上产生了装甲巡洋舰（ArmoredCruiser）和防护巡洋舰（Protected Cruiser）。前者拥有与同时期战列舰相似的防护结构，而后者主要依靠防护甲板（Protected deck，中国称之为“穹甲”）来“防御敌弹，界隔漏水”lq99W
而装甲的性能也出现了极大地提升。早期的铁甲舰的装甲为锻铁装甲。1874年，英国人研制出了“钢面铁甲”，将钢的坚固与锻铁的柔韧结合，性能较锻铁装甲大有提升。这项技术的同类技术在1880年代为德国掌握，开发出了性能更优良的“克虏伯钢面铁甲”。后来，这两国的此类工艺发展进一步发展，在合金钢时代终于开发出了名动世界的“哈维渗碳法”和“克虏伯渗碳法”，用来对装甲进行表面硬化处理，分别产生了“哈维表面硬化装甲”和“克虏伯表面硬化装甲”。更加坚固的装甲意味着可以在同装甲吨位的情况下为战舰提供更多的防护，也是的前面提到的全面防护形态成为可能。lq99W
另一方面，更加细化的舰体水密舱室设计也能达到更好的防护效果，这能够在舰体水下或水线处遭到攻击时控制进水，保存更多的浮力。lq99W
潜艇的出现与发展是随着鱼雷的演进而进行的。真正意义上的第一艘现代潜艇是由法国人古斯塔夫·泽代于1888年建成的“电鳗”号。而被称为“现代潜艇之父”的美国人约翰·霍兰则于十年后的1898年才建成了真正实用的“霍兰6”潜艇。lq99W
能够在水下进行导航的罗盘于1908年被发明后，潜艇的导航变得更加可靠而准确。1909年，德国发明的潜艇用柴油机则在完全改变了潜艇在水上依靠易爆的煤油机或庞大的蒸汽机为动力的历史的同时，增加了潜艇的续航力。lq99W
最初人们希望潜艇能够作为海战的新锐力量伴随主力舰作战，但是人们很快就发现由于潜艇相对缓慢的速度（水上不超过20节，水下不超过9节）和相对脆弱的生命力（一旦被命中就无法下潜），其实际上不可能伴随主力舰作战。但是，在偷袭战舰和攻击商船方面，潜艇有着先天的优势。lq99W