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在美国和英国为了.28和.30口径子弹的优劣争论不休的时候秘密进行的。由于所有这些原因，现有的步枪很难适应现实世界的战斗。虽然看上去新的T44(M14自动步枪的前身)能够增加发射速率，但是它沉重的弹药箱使得导致单兵弹药携行量成为一个很大的问题。此外，这种枪的长度和重量都使它不适合短距离的战斗。因此此时需要一种更小更轻的武器能够更快的投入使用。这些努力并没有避开美国陆军军械部小型军火研究与发展主任瑞纳·斯塔德勒的注意。他对于民间研究机构涉足他的范围感到不满。陆军军械部这时开始了对由斯普林菲尔德兵工厂为T25发展的大威力子弹的支持，而这是在T44还没有出现的时候。最后，他要求阿伯丁靶场提交一份关于小口径武器的报告。但是，当瑞纳指派的主要研究者唐纳德·赫尔发现.22英寸(5.59毫米)的子弹与比它更大的子弹在大多数战斗中性能相同时，这个计划出现了意外。当一个武器可能因为低后坐力而具有更高的射速的时候，它将会造成更大的伤亡。唐纳德·赫尔的同事，尤其是威廉姆斯·小戴维斯和G.A.加斯塔夫生，开始了一系列的试验性.224英寸(5.69毫米)子弹的研究。1955年，他们要求增加研究预算的请求被否决了。
.1977年4月至1979年春,北大西洋公约组织进行了一系列的测试以决定新的北约制式弹.大部份北约成员国家提交的弹药都是以标准的5.56mmM193M16弹为基准研制的,当时的西德则推出了4.7mm无壳弹.在所有测试完成后,在1980年比利时SS109弹被选定为第二种北约标准弹。SS109弹的弹头为组合钢弹芯,枪口初速为每秒3000英尺.它的优点是有效射程比美国的M193弹更远,适合轻机枪使用,但是要完全达到这种性能表现必需将膛线缠距改为7英寸,而原来的M16/M16A1的膛线缠距为12英寸.当SS109弹在缠距为12英寸的步枪中发射时,SS109弹的表现只比M193弹好一点.因此M16A1需要进行改进以适应发射SS109弹,美国军方决定尽快改变膛线缠距并改进M16/M16A1的一些不足.同时美国海军陆战队根据M16A1在部队使用的十几年来的意见也对M16着手改进并试验.到1985年陆军正式承认其改进的成果,改进后的M16A1E1被正式命名为M16A2.在之后几年内,在对M16A2进行过几次小的修改后,M4正式诞生.M4的编号是Model720,在1991年3月军方正式定型并命名为:美国&北大西洋公约组织5.56mm口径M4卡宾枪(TheUnitedStatesCarbineCaliber5.56mmNATOM4).M4和M16A2非常相似,事实上它们有80%的零件可以互换,因此M4最初也称为M16A2卡宾枪。
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