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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078190]
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二 火药和兵器的进步
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火药和火药武器
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宋元时期，火药的配方已经脱离了初始阶段，各种药物成分有了比较合理的定量配比，并且在军事上得到实际应用，火药和火器制造开始成为军事手工业的一个重要部门。
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古代火攻，起初多用油脂草艾之类，到两宋火攻器械有了巨大的发展。据《宋史·兵志》记载：970年兵部令史冯继升进火箭法，后来又有神卫水军队长唐福献所制火球、火蒺藜，还有冀州团练使石普能为火球、火箭。火药武器的大量使用，推动了火药的研究和配方的改进。除炼丹家外，更有许多军事方面的专家加入了研究者的行列。曾公亮（998—1078）、丁度（990—1053）等在1040—1044年编著的《武经总要》中，记录了三个火药方子：毒药烟球每个重5斤，用硫黄15两，焰消（硝）30两，木炭5两，草乌头5两，巴豆2.5两，沥青2.5两以及少量的砒霜等等。蒺藜火球火药法：用硫黄20两，焰消（硝）40两，炭末5两，沥青2.5两，干漆2.5两，桐油2.5两，蜡2.5两，以及蔴茹、竹茹等。火炮火药法：硫黄14两，焰消（硝）40两，松脂14两以及定粉、黄丹、清油、蔴茹、竹茹、砒黄、黄蜡、桐油等。由这些记录可知，宋代火药配方中硝的含量增加了，增加到两倍甚至接近三倍。唐代火药硫、硝含量相同，是1∶1；宋代增加到1∶2，甚至近乎1∶3已与后世黑火药中硝占3/4的配方相接近。同时，又加进各种少量辅助性配料，以期达到易燃、易爆、放毒和制造烟幕等效果。它说明了火药配方在制造和使用过程中得到了不断改进。
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图7－1 宋代突火枪
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宋元时期的许多史笈都有关于火炮的记载，其形制各不相同，如有纸制、陶制、铁制等等。北宋末年，在抗金战争中发明了“霹雳炮”、“震天雷”等杀伤力较大的火炮。震天雷已是一种铁火炮，其威力很大，据《金史》记载：“火药发作、声如雷震，热力达半亩之上，人与牛皮皆碎迸无迹，甲铁皆透。”1257年李曾伯提到“荆淮铁火炮有十数万只”【8】之多。这说明火炮已经发展到铁制的阶段，而且其数量已相当可观。又据《宋史》卷451载元世祖至元十四年（1277年）“娄某以二百五十人守月城……拥一火炮燃之，声如雷霆震，城上皆崩……火熄，入视之，灰烬无遗矣”。一炮之威，能使城外元兵震惊而死，而城上守兵二百多人也自行炸成灰烬，与城俱亡。这说明了当时火药威力之大以及巨型火炮的出现。
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这些火炮，不管是中小型或巨型，不管是纸制、陶制或铁制，看来都还不是用火药放射的火炮，估计多半还是以埋藏、放置的方式，或用抛石机投射并引爆的地雷、炸药包、炸弹一类火器。
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特别值得提出的是管形火器的出现。1132年，陈规守德安时用“长竹竿火枪二十余条”【9】，李曾伯也提到火枪“如火箭则有九十五只，火枪则止有一百五筒”【10】。
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1259年，寿春府“造突火枪，以巨竹为筒，内安子窠，如烧放，焰绝，然后子窠发出，如炮声，远闻百五十余步”【11】。到元代已经出现铜铸火铳，称“铜将军”以表明它的威力。中国国家博物馆珍藏的元至顺三年（1332年）铜火铳是已发现的世界上最古老的铜炮。这些都是以火药的爆炸为推动力的新式火器，而且已从发火烧人的火枪进步到内安子窠去杀伤敌人。枪筒已由竹制发展到铜制，更为坚固耐用。
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图7－2 元至顺三年制铜火铳
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用抛石机发射的火炮，由于木杆摇晃，准确度较差。而管形火器由于枪管对子弹的约束力，造就了一个较为稳定的管内弹道，这也就大大增加了管外弹道的稳定性，从而使射击的准确性大为提高。所以管形火器的出现在兵器发展史上是一个重大的突破。它为近代枪炮的不断发展奠定了初步基础。
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兵器制造技术
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宋代兵书甚多。《宋史·艺文志》列兵书347部，共计1956卷，约为唐代的6倍。其中流传至今的首推曾公亮《武经总要》40卷，其次如许洞《虎钤兵经》20卷等。关于兵器制造和军事工程方面的专书，《隋书·经籍志》、《唐书·艺文志》均未见记载。《宋史·艺文志》则载有《炮经》1卷，《强弩备术》3卷，《行兵攻具术》和《行兵攻具图》各1卷等。这些专著虽然多已失传，但在一些总论军事武备的书中，兵器部分也占有不少篇幅。如《武经总要》一书，仅就兵器制造而言，也是一部极有价值的著作。
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在《武经总要》中，有第10卷攻城法，第11卷水攻、火攻，第12卷守城，第13卷器图。此外，在第2卷中有弓法、弩法。第10卷中有攻城器具。其中以第13卷器图内容最为丰富，包括射远器——弓弩，各种长短兵器，各种防护装备盔甲、盾牌等，以及各种战车。其中值得注意的有：炮楼（四轮高架炮车），行炮车（四轮炮车和二轮炮车），折叠桥，以及游艇、蒙冲、楼船、走舸、斗舰、海鹘等舰艇；火禽、杏雀、火兽、火船等火攻器具与设备。此外，还有旋风炮、旋风五炮（炮楼、行炮车都是抛石机，所谓旋风炮是指可以向任一方向发射的抛石机），以及行炉、猛火油柜等。在弓弩方面尤其值得称道，如三弓豉子弩射二百步；双弓床弩，用五、七人至十人张弩，一人瞄准，一人槌发，射一百二十步；又有手射弩，二十人张，射二百五十步。
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当时大量制造弓弩。《宋史·兵志》称：“工署南北作坊及弓弩院每年造铁甲三万二千，弓一千六百五十万，各州造弓弩六百二十万。其中床子弩射七百步。”在这以后，到1083—1084年间，军器监又创床子大弓，用人少，射程远，中的深，能射一千步。其中使用范围较广时间又较长的是1068年平民李宏所献神臂弓。这是一种强弩，弓长三尺二寸，弦长二尺五寸，铜马面牙发（铜弩机），射三百四十余步，入榆木半笴（箭杆）。《梦溪笔谈》卷19称，“神臂弓能洞重札，最为利器”。《宋史·兵志》，《容斋三笔》、《曲洧旧闻》等也盛称其为“他器弗及”的利器，可见神臂弓在当时是名闻遐迩的射远器。1135年，大将韩世忠又将神臂弓的尺度增大，并改名为“克敌弓”：在宋金之战中，大获胜捷。可见宋代在弓弩方面的长足进展。在《宋会要》（清人辑稿）中，有关于弓箭制造技术的详细描述。
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关于长短兵器，宋代长兵器以枪为主，次则大刀，钩竿、叉竿等杂式长兵器。大刀是汉族所固有，而钩竿、叉竿则是少数民族所习用。长枪虽然以汉式为主，其中一部分也杂有少数民族形制，如南方少数民族所用的梭枪。
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宋代短兵器除刀剑一贯保持汉族传统形式外，由少数民族互相交流而来的短兵器也为数不少。如羌人的蒺藜、蒜头，胡人的三节鞭等等。宋人喜用各种铁棒，名目繁多为前代所未有。
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元代短兵器最常用的是剑、斧、锤、短标枪和刀。卫士多用锤、棒和大棒。骑兵执长标枪，佩斧、剑。弓箭制造更是十分注意，量多，质精。元代蒙古人所用铁剑式样与前代相同，特点是无脊、无棱、无槽。蒙古人所用兵器选材好，制造精工，并吸收了西亚和欧洲兵器制造工艺的精华，加工十分精致。
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至于防护装备有钢铁锁子甲等各种铁甲。宋代后期铁甲减轻，马甲、车牌等都力求轻便，表现出当时的发展方向。特别值得指出的是冷锻的“瘊子甲”，这是我国少数民族劳动人民在兵器制造和冶金技术方面的一项重要成就。《梦溪笔谈》卷19说：“青堂羌善锻甲，铁色青黑，莹彻可鉴毛发……去之五十步，强弩射之不能入。……其始甚厚，不用火；冷锻之，比元厚三分减二乃成，其末留筋头许不锻，隐然如瘊子，欲以验未锻时厚薄……谓之瘊子甲。”这里所述冷锻的形变量“三分减二”是符合冷锻加工规律的。实践证明，冷加工形变量在小于70％的情况下，形变量大则强度性能好，过此则脆性剧增。冷锻不仅能使甲的表面细致光滑，并且硬度比热锻高，因而冷锻甲比热锻甲具有更高的防护能力。
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宋代各种兵器多有发展，又吸收了许多少数民族的兵器样式，纷然杂陈。为了统一兵器制度，在熙宁六年（1073年）置军器监。制度皆著为式，共110卷，杂材1卷，军器74卷，物料21卷，杂物4卷，添修及制造弓弩式10卷，称为《熙宁法式》。熙宁七年又编成《弓式》。元丰六年（1083年）参定城池守具制度，又编成《军器什物法制》【12】。这些制度的建立，是兵器发展到一定阶段的产物。
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三 指南针的发明与航海造船技术
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