美国5.56mm口径M16枪族的研制是始于美国陆军的作战研究办公室（Operations Research Office，简称ORO）的一项研究，ORO于1948年9月在约翰斯·霍浦金斯大学创立，其目的是进行提高军事作战能力的相关研究，它的第一个研究项目是“怎样设计出防护性能更好的战斗防弹衣”。ORO调查了超过300万个在第一、二次世界大战中伤亡报告，又向参加过朝鲜战争的士兵进行访问。第一次世界大战的神枪手经常在1200米距离上射击，但大多数被射杀的人都在100米范围内中弹的；而参加过朝鲜战争第602步兵团接受访问的士兵中有大约87%的士兵表示：受地形及其他环境因素的制约，他们的射击目标的距离有95%是在300码以内，许多士兵更说他们所射杀的敌人都在100米以内。研究中也发现不经过瞄准的条件反射式射击和经过瞄准的射击同样可以将敌人击伤或杀死。根据这些研究结果，ORO认为.22口径步枪发射能控制散布形式的成群射弹在300米射程内有相当理想的效果。值得注意的是，这项研究是在陆军军械署人员和英国军械人员为了.28和.30口径子弹的优劣吵得不可开交时秘密进行的。ORO的研究结果实际上跟德国人10年前研制的7.92mm×33短弹的原理相同。根据这些研究结果，军械署于1953年至1957年之间实施了了一项名为“齐射”（SALVO）计划的研究工作。

　　在实施“齐射计划”期间，一些创新的设计出现了：如同时射出两个弹头的双头弹，埃利·哈维（Earle Harvey）所设计的通过改变弹头形状而使弹道发生变化的设计等。“齐射”计划在1957年作出总结，大陆军团司令部（Continental Army Command，简称CONARC）提出让温彻斯特公司（Winchester Repeating Arms）和仙童公司（Fairchild Engine and Airplane Corporation）的阿玛莱特公司分部研制.22口径的步枪。

　　而阿玛莱特公司则由尤金·斯通纳（Eugene Stoner，主设计师）、罗勃特·佛利蒙（Robert Fremont，监督原型枪的生产）和L·詹姆士·沙利文（L. James Sullivan，监督方案起草工作）领导的设计小组研制出AR-15自动步枪。

　　尤金·斯通纳（1922-1997），第二次世界大战结束后他从海军陆战队退役便开始设计步枪。1955年，担任美国仙童发动机和飞机制造公司阿玛莱特（Armalite）分公司射击比赛武器和救生枪主任工程师的尤金·斯通纳开发了一支采用瑞典AG42杨曼（Ljungman）步枪的导气管（也称为气吹式）原理、口径为7.62mm的自动步枪，命名为AR-10。AR-10的设计无论是材料还是外形在当时看来是相当前卫的，机匣采用铝合金，直枪托与小握把采用工程塑料，枪管是铝制的，内套不锈钢衬管，只有枪机和枪机框是采用镀铬钢制件，空枪重仅3.4公斤。

　　当然，前卫不一定都是好的。1956年，AR-10参与美国陆军的选型试验，当时T44E4和T48步枪已经进入最后的测试阶段。AR-10在试验过程因枪管过热导致枪口装置松动，连续撞击钢衬管而严重开裂，于是被取消资格。虽然AR-10无法与前述两种步枪竞争，但两年后有少量AR-10卖到其他国家，如苏丹和葡萄牙。而且AR-10引起了美国陆军的威莱德·维曼（Willard G. Wyman）将军的注意，他要求斯通纳和阿玛莱特公司设计高初速的.22口径步枪。新的设计要求符合下列各项要求，不过最后一项要求说明陆军对ORO的研究结果并没有充分的理解：

　　有20发容量弹匣。

　　装弹后重量少于6磅

　　能选择射击方式。

　　每发子弹能500米射程上穿透标准钢盔、防弹衣或3.4mm厚的钢板。

　　总之，根据这些要求斯通纳开始了研制工作。他的第一个设计是传统式的设计，但在全自动射击时完全无法控制，所以他开始设计缩小型的AR-10，当时是1957年。

　　AR-10的设计组把AR-10按比例缩小成口径为.222的自动步枪，只用了6个月时间就提交了6支样枪由阿伯丁试

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