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这些故障的原因是多方面的，越南气候潮湿，温度很高，若不注意对枪的擦拭维护，就很容易产生生锈的情况，但其中将其改用步枪弹发射药是最主要的原因。Ｍ１６原本所用的Ｍ１９３枪弹原装杜邦公司的ＩＭＲ４４７５单基管状药，这种药燃速快、压力曲线升得快、残渣少。可是杜邦公司通知陆军说他们无法大量生产ＩＭＲ４４７５。１９６４年１月，陆军决定采用奥林公司的ＷＣ８４６双基球形药，他们认为这种发射药易于生产，成本低，而且燃速慢，降低了峰压，还有利于提高枪管的使用寿命，而且原本Ｔ６５枪弹也是使用这种发射药的。可是，Ｍ１９３弹采用ＷＣ８４６药后便出现了很多问题：球型发射药燃烧后会在Ｍ１６的枪管和导气管中留下一些粘粘的残渣，由于枪管没有镀铬，而导气系统又没有相应的维护装置和适合的润滑物，因此很难迅速使步枪恢复正常使用状态；由于球型发射药的弹道特性导致导气孔的压力，加上缓冲装置质量很轻，Ｍ１６的全自动射速从正常状态下的每分钟７５０—８５０发大大提高到每分钟８５０—１０００发；另外由于枪机开锁时剩余膛压高，残渣也增加了膛壁与弹壳之间的磨擦力，因此卡壳和断壳的现象就这样出现了；此外，由于对Ｍ１６的生产全过程缺乏一个有效的管理体制进而导致的质量问题也是一个重要原因。除上述的原因以外，装备Ｍ１６的部队缺乏必要的训练和指导也是导致Ｍ１６在战斗中出现了很多戏剧性故障的原因。
针对在战争中表现出来的问题，一个由国会组成的委员会于１９６７年５月１５日开始着手调查，首席代表是密苏里洲的民主党员理查德·伊萨霍特。他在本宁堡和彭德尔顿营进行测试观察Ｍ１６的故障，并直接专程前往越南评定问题，调查委员会在１９６７年６月下旬提交报告，陈述“看上去所谓问题重重的Ｍ１６其实是一支非常优秀的步枪，其在应用中将发现的种种问题均由部队内部管理不善所致。”可是抽壳困难和射速的问题确实是由设计的缺陷引起。为了解决设计中的一些问题，Ｍ１９３弹中将容易产生残留物的含钙元素的碳酸盐的含量由原来的１％减少到０．２５％，这样使Ｍ１６导气管的堵塞现象就减少了一半，抽壳困难的现象也得到了解决。柯尔特公司对Ｍ１６本身也进行了改进，例如弹膛镀铬；重新设计缓冲器（即复进簧导管），使射速降低到正常的状态；设计一种维护工具以及新的枪托，使清洁工具能贮存于步枪内；膛线缠距由原来的１４英寸改为１２英寸；严格控制生产工艺，提高产品质量。最后，还制订了一项“应该如何正确地维护Ｍ１６”的训练计划，并印制了一份连环漫画式的步枪维护手册发给士兵，这项措施是关于操作问题的最终也是最好的解决方法。在操作性能和生产问题上所作的努力，使得Ｍ１６／Ｍ１６Ａ１的运作开始变得相当可靠了。
在解决了故障频频的问题后，下一个有待解决的问题，就是如何把更多的步枪交到正需要它们的步兵团的手上。１９６６年，柯尔特公司是Ｍ１６／Ｍ１６Ａ１的唯一生产商，月产２５０００支。１９６７年６月３０日，美国政府购买了Ｍ１６的专利与特许生产权，然后又增加了两个承包商，在１９６８年４月，通用汽车公司的Ｈｙｄｒａｍａｔｉｃ分部和哈灵顿·理查森公司开始生产Ｍ１６／Ｍ１６Ａ１，月产也分别为２５０００支。１９６９年柯尔特公司扩建，Ｍ１６的月产量达到５００００支。１９７０年５月，三家公司的最高月产量达到了８９０００支。到１９７１年，通用公司和哈灵顿公司相继停产Ｍ１６／Ｍ１６Ａ１，而柯尔特公司则仍在为美军提供Ｍ１６／Ｍ１６Ａ１步枪，直到１９８８年。
Ｍ１６与ＡＫ－４７的首次较量是在越南战场上，当时很多美军士兵在对手手里缴获ＡＫ－４７后，宁愿扔掉Ｍ１６而使用ＡＫ－４７。在哈罗德·Ｇ·摩尔的《我们曾经是年轻的士兵》中多次提到战斗中Ｍ１６出现故障时的解决方法往往是一些人使用伤员或阵亡人员的步枪继续战斗，而另一些人则是蹲在散兵坑底排除故障。因为缴获ＡＫ－４７是在战斗结束后打扫战场时才能做的，而更重要的是使用不同型武器还涉及到训练水平的有效发挥和配用弹药供应等一些琐碎问题。而改进后的Ｍ１６Ａ１就大大提高了可靠性。例如每一批Ｍ１６Ａ１在配发到部队前，都会进行可靠性抽试，抽试的结果中表明Ｍ１６Ａ１平均故障率为０．０３３％，低于当时指标要求的０．１５％，平均无故障工作时间为３０００发。通过严格控制生产工艺，Ｍ１６Ａ１还是具有良好的可靠性的。尽管Ｍ１６最初在越南战场上表现得故障频频，但问题在六个月的时间内就解决了，Ｍ１６／Ｍ１６Ａ１在战斗中的表现证明了尤金·斯通纳设计了一把优秀的步枪。
当美国深陷越战的泥潭中时，还出现了几个Ｍ１６的衍生型，包括一种短命的狙击步枪和ＸＭ１７７等。在越南作战的美国士兵普通反映Ｍ１６、Ｍ１６Ａ１火力猛、重量轻，比Ｍ１４易于携带。据在越南作战的美军第一骑兵师的一位指挥官Ｐ·Ｗ·肯德拉中尉回忆，该师的一个班被三面包围在一个小山上，为了呼叫直升机火力支援发射了信号弹。北越士兵以为他们要撤退，于是加快了进攻速度，结果受到Ｍ１６Ａ１的猛烈射击，伤亡很是惨重。
当时北越士兵经常采用挖地道偷袭的方法令美军吃了大亏，后来美军特种部队就埋伏在探听到的地道出口附近，北越士兵刚一露头就被Ｍ１６密集的火力所射杀，于是他们称Ｍ１６为“黑枪”。虽然美军在越南战场失利，但Ｍ１６却从越南战场起步，仅柯尔特公司在这段时间内就生产了３５０万支Ｍ１６。１９７４年，美国陆军又采购了２７０万支。Ｍ１６开始走向世界，并在世界各国军队中掀起的一股小口径步枪热潮。更值得一提的是，北越军队彻底击败南越军队后，从南越军队手上缴获了约一百万支Ｍ１６Ａ１。越南在１９７０年代至１９８０年代期间把这些缴获的Ｍ１６Ａ１销售到其他地方，大部分是卖到中美洲，尤其是萨尔瓦多的左派游击队马蒂民族解放阵线党手中。
三发点射…M16A2步枪的改进（1）
M16 A2自动步枪斯通纳本人一直对Ｍ１６Ａ１情有独钟，所以对于Ｍ１６Ａ２的改进也一直耿耿于怀。他曾经说过，改进前和改进过程中，从来没有征求过他人的意见。他自己说Ｍ１６Ａ２除了护木以外，其他改动没有任何的价值。他已经忘记了Ｍ１６Ａ１的起家正是基于使用部队的呼声。
海军陆战队将改进的Ｍ１６Ａ１命名为Ｍ１６Ａ１Ｅ１，与Ｍ１６Ａ１相比有如下的改进：改用比利时ＳＳ１０９枪弹（美军型号Ｍ８５５），膛线缠距由１２英寸改为７英寸，理论射速达到７００～９００ＲＰＭ；护木前方的枪管外直径加粗到１８．５ｍｍ，接近消焰器直径，以增加枪管坚固性，提高单发精度，枪管因此加重１７０克；为节省弹药，将连发射击方式改为三发点射；枪托加长了１６ｍｍ，这是为了符合人体工程学，以便于抵肩方式进行瞄准射击，更坚固耐用；三角形左右两半式的护木改为圆柱形上下两半式，护木外表有散热肋条，也可以起防滑作用；原直径２ｍｍ的觇孔改为５ｍｍ，方便瞄准近距离运动目标，准星尖由圆柱形改为方柱形，照门的风偏和高低可调；取消了枪口消焰器上的两个下方的开孔，以抑制枪口上跳和避免卧射时枪口扬尘；抛壳口后面增加了一块凸起，阻止弹壳后抛，方便左撇子射手使用；枪托、护木和握把材料改用纤维增强尼龙；枪托有防滑底板，直形小握把改为有手指槽的握把。
在１９８１年夏季期间，Ｍ１６Ａ１Ｅ１进行了一次非常彻底的测试，并且在１９８２年９月定型为Ｍ１６Ａ２，一年后，即１９８３年１１月２０日它才正式地被海军陆战队采用。而此时陆军中的部分人正试图说服相关部门不要采用Ｍ１６Ａ２，虽然他们也承认大量的Ｍ１６Ａ１在长期使用和训练中已经损耗很严重了，但经过商讨研究，最后，陆军还是在１９８５年采用了Ｍ１６Ａ２。
１９８６年，美国陆军部宣布在８年内（１９８６～１９９４）采购２０００万支Ｍ１６Ａ２步枪进行全面换装。本来，柯尔特公司也参与了这次Ｍ１６Ａ２的改进计划的，但是在１９８８年，柯尔特公司却因为报价高于ＦＮＭＩ（比利时ＦＮ公司在北美开设的制造厂）而失去了美国陆军订购Ｍ１６Ａ２的生产合同，结果美军装备的Ｍ１６Ａ２枪身上被打上了ＦＮＭＩ的标志。
Ｍ１６Ａ２的初始型号只具备半自动和３发点射功能，这也是迎合了某些美国陆军高级军官的主张。而英国专家特别赞赏这种发射方式，他们认为“可控的３发点射可以得到较高的命中率，这比一下子向敌方喷射１０或１５发子弹要好。”这确实是一种节约弹药的好方法。
可是美国一些军事专家和技术专家却对此做了激烈的反对。因为这种设计思想从根本上动摇了突击步枪的宗旨。突击步枪在战术使用上的主要意图是借助突然和猛烈的火力阻止、压制、歼灭或震慑敌人。所以Ｍ１６Ａ２定型后又推出了一些有全自动发射功能的改型，不过这些全自动的Ｍ１６Ａ２多数是用于出口，美国陆军和海军陆战队装备的多是三发点射的美国政府标准型（Ｍｏｄｅｌ ６４５）。另外，柯尔特公司向执法机构销售的Ｍ１６Ａ２名称也定为了ＲＯ９０１。
在这件事上，斯通纳本人也是激烈地反对Ｍ１６Ａ２的初始型号，他并不是反对３发点射机构，而是反对用３发点射代替全自动射击，因为这样做完全背离了他当初设计Ｍ１６的初衷。早在２０世纪６０年代，美国有相当一部分军人倾向于步枪的半自动射击方式，理由是全自动射击会白白浪费弹药，当时斯通纳还为此据理力争。不少专家发现在二战当中，大约有４／５的Ｍ１伽兰德步枪手在战斗中不扣扳机，距ＢＡＲ步枪越近的士兵越是呆看ＢＡＲ连续射击的壮观场面，因此士兵得出“半自动在实战中无用”论。斯通纳认为半自动步枪即使在一名训练有素的士兵手中也难以发挥其最大的威力，原因有以下几个：一、选择目标时犹豫不决；二、敌人一反击就停射；三、邻兵伤亡时分散精力；四、扣一发响一发，由于紧张甚至恐惧，弹头射出去不是偏高就是偏低，打不中目标。具有全自动射击方式的步枪则完全是另一回事。士兵握住着ＢＡＲ这样的枪会感觉到他已经控制着一个区域，只要敌人出现在这个区域里，就一律全部拿下。
虽然美军对Ｍ１６步枪进行了多次改进，但Ｍ１６仍然存在许多不尽人意之处。例如野战分解比较复杂；全枪较长，机动性较差；加粗枪管会提高性能，但影响到Ｍ２０３榴弹发射器不能挂装而只好使用只加粗护木的以前的枪管；三发点射机构设计不佳，每发射３发凸轮转动一圈，如果中断射击停止的位置不同，再次扣动扳机的扳机力就不一样，以致影响单发射击精度等等。其中一个重要问题就是枪机太轻而导致的惯性小，容易出现后坐不到位或复进不到位的故障，尤其是在泥水或风沙等恶劣环境中受影响最大。
在黛米摩尔主演的电影《Ｇ·Ｉ·Ｊａｎｅ》中海豹队员在Ｍ１６的枪口上套上避孕套的情节并不是虚构。Ｍ１６的使用说明书上也说明枪管进水后不能立即射击，这是因为Ｍ１６的导气管太长太细，如果进水就会影响到自动射击。如果士兵需要携枪潜水，一个最实用也是最基本的解决方法就是在枪口上紧紧地套上避孕套。
不过，Ｍ１６枪族在海湾战争的沙漠环境中表现得非常可靠。
１９８７年９月底，美国陆军提出了“美国陆军轻武器总规划”，Ｍ１６Ａ２作为单兵武器至少要装备到１９９４年。在１９８９年开始的ＡＣＲ（先进战斗步枪）计划的目的之一就是寻求Ｍ１６Ａ２的替代品。但由于没有一个ＡＣＲ的参与竞争者能达到综合性能比Ｍ１６Ａ２还好的要求，这个计划最终被取消。
现在美军已经抛弃了一些人所主张的“轻武器万能论”，肯定了单兵武器并不是单独作战的，而是主要对付有生目标、轻型车辆和防御工事内的敌人。至于轻装甲目标和低速空中目标则由其他专门武器对付。
M16A2的改进型…M16A3的诞生
进入１９９０年代，由于ＡＣＲ计划夭折，美国军方已经看不到依靠现有技术为士兵提供革命性的制式步枪，所以他们倾向于对原有武器进行修改，于是这样就出现了Ｍ１６Ａ２的改进型Ｍ１６Ａ３。
柯尔特公司的ＡＣＲ方案是在Ｍ１６Ａ２的基础上作出改进，设计出新的伸缩枪托，新的握把，新的护木，新的枪口制退器和发射双头弹，并且取消提把，这个方案提出的相当保守，当时就有人称其为Ｍ１６Ａ３。
Ｍ１６Ａ３的设计保留Ｍ１６Ａ２的基本特征不变，只是作少量的改进，其基本宗旨是大幅度地提高射击精度，并没有打算采用任何高新技术，因此军方最初的打算是在三年内（１９９３年至１９９５年）内广泛装备Ｍ１６Ａ３。Ｍ１６步枪本身并没太大改进的余地，其主要的发展潜力在于采用新型的光学瞄准镜和夜视仪等瞄准系统。
当时Ｍ１６Ａ３的计划是在借鉴一种为Ｍ１６Ａ２开发的名为“ＳＥＲＦＳ”系统的护木（和现在的ＫＡＣ生产的ＲＩＳ护木类似），在增设的Ｍ１９１３标准导轨上可选择地安装新型的瞄具。其具体方案是这样的：在Ｍ１６上下左右各设一个导轨，取消Ｍ１６机匣上方的提把，上方的导轨从机匣上方延伸至枪管前端；前护木下的导轨上安装折叠式小握把，或安装Ｍ２０３榴弹发射器；其他的导轨可以安装激光瞄准器、光学瞄准具等。Ｍ１６Ａ３更换安装了铝合金制的“ＳＥＲＦＳ”系统后重量比Ｍ１６Ａ２减轻０．２３ｋｇ。但当时因经费紧张，估计只能为每个步兵班配备３～４支Ｍ１６Ａ３。据传当时美国陆军军械、弹药和化学司令部已经与Ｍ１６Ａ２的生产商签订了２７１０万美元的合同，对６４７２５支Ｍ１６Ａ２枪进行改进。
Ｍ１６Ａ２生产商ＦＮＭＩ的Ｍ１６Ａ３改进计划，被称为“ＦＩＲＭ—Ｍ１６”。同的改装也可以在Ｍ４上实现，被称为“ＦＩＲＭ—Ｍ４”。ＦＩＲＭ除了瞄准镜座导轨外，还增加了一个新的消焰器。由于美军不会装备ＭＩＲＭ—Ｍ１６，所以ＦＮＭＩ只能直接向使用者推销“ＦＩＲＭ”的配件。到了１９９０年代中期，各媒体上始终没有关于Ｍ１６Ａ３定型的报道。除了关于美军特种部队和快速反应部队大量装备Ｍ４卡宾枪的报道外，通过各类新闻片断中看到在世界各地奔波的美军手上仍然拿着的是Ｍ１６Ａ２枪，或者是根本就没有必要花那么多的钱改装一支专门安装先进瞄准具的Ｍ１６Ａ３，只需要直接在Ｍ１６Ａ２上安装瞄准具就可以了。到了１９９７年１１月，美国陆军开始全面换装制式步枪，但接任的却不是Ｍ１６Ａ３，而是Ｍ４系列卡宾枪。
后来，一些被认为是传说中的Ｍ１６Ａ３和Ｍ１６Ａ４的实物图片出现了。Ｍ１６Ａ３的外形和１９９０年代初的设想相差甚远，它的改进仅仅是将固定的提把改为整合Ｍ１９１３导轨的平顶型机匣的结构（即和Ｍ４Ａ１相同），其他方面则是完全保留了Ｍ１６Ａ２的特征，不过Ｍ１６Ａ３能全自动射击，这一点和Ｍ１６Ａ１一样。相比之下，Ｍ１６Ａ４的改进则较大，除了把Ｍ１６Ａ３的护木改为ＫＡＣ公司生产的ＲＩＳ护木套件（和ＳＯＰＭＯＤ Ｍ４／Ｍ４ ＣＱＢＷ相同）外，还对发射机构作出了很大的改进以提高其可靠性能。到２００２年底，海军陆战队正式宣布采用Ｍ１６Ａ４。
改进火控系统…M16A4的出现（1）
在美国陆军全面装备Ｍ４／Ｍ４Ａ１以后，美国海军陆战队也宣布全面装备Ｍ４／Ｍ４Ａ１，以代替其原来使用的Ｍ１６Ａ２。在２００２年下半年，经过一番辩论后，美国海军陆战队司令Ｊａｍｅｓ Ｊｏｎｅｓ将军通过《海军陆战队时报》正式宣布，美国海军陆战队经过２年的测试和评比，最终决