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中国科学技术史稿（修订版） [:1701078207]
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二 郑和下西洋和造船航海技术
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郑和远航的历史背景
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郑和下西洋不是一件偶然的事，而是一定历史条件下的产物。首先是已有充足的物质基础。明洪武时期，社会经济得到较快的恢复和发展，国家财力已较雄厚。其次是已有各种熟练的技术人员。宋元以来我国的商船就已活跃在南海和印度洋沿岸了，许多人已经掌握了丰富的航海知识和较高的造船技术。第三是亚非人民已有长期泛海贸易、友好往来的历史。
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郑和（1371—1435）原姓马，小字三宝，云南昆阳回族人。因随燕王朱棣（即明成祖）起兵有功，被赐姓郑。郑和是一名太监，所以郑和下西洋又称“三宝太监下西洋”。西洋指现在的南洋群岛和印度洋一带。
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明成祖派遣郑和等出使西洋，主要是为了巩固政治地位，扩大国际影响，显示中国富强。出使时携带的物品大部是金银、钱币、瓷器、丝绸和铁器（包括铁农具）等生活和生产资料，大半是作为礼品沿途分送各国的；而换取回来的多是“无名宝物”、“珍禽异兽”等专供皇家和官僚贵族享乐的奢侈用品。像这样的交易，对于国内商品生产的发展虽有一定的促进作用，但是每次远航，耗费巨大，增加了财政上的困难。其结果不但没有对资本主义萌芽起多大的促进作用，相反却产生了许多不利的影响。当时就有人指责说这是一项“弊政”。到了成化年间（1465—1487），事情完全走向了反面，不但远航被中止了，而且连下西洋使用的那种巨型船舶也不建造了，甚至郑和下西洋的档案，也被付之一炬。采取这种态度和做法当然是非常错误的，因为这样做不利于商品经济和科学技术的发展。其实，应该反对的，只是那些讲求排场，乱加赏赐，贸易不计盈亏，只图满足皇室享乐的弊政，而不应当采取全盘否定的取消主义政策。郑和远航的悲剧性结局，是封建专制的社会性质所决定的。与此相反，葡萄牙人达·伽马（Vasco da Gama，1460—1524）等人的远航是以牟取暴利为目的，1499年达·伽马从东方印度等地带回货物的总值是他远航费用的60倍。大利所在，自然后继有人。西方各国的海外贸易从而不断发展。与之相应的是海外殖民政策和掠夺，以及国外市场的开辟，为资本主义的发展积累了大量的资金。
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先进的造船和航海技术
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15世纪初，郑和七次航海下西洋，不但是我国航海史上的大事，也是世界航海史上的伟大壮举。他的远航比哥伦布（Christopher Co1umbus，1451—1506，意大利人，1492—1502年从欧洲航海到达美洲）和达·伽马（1498年从欧洲航海经好望角到达印度）都早半个多世纪，而且在组织规模和科技水平方面也都远远超过了他们。
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郑和与副使王景弘等出使西洋，组织了一支庞大的舰队。这支舰队除将士之外，有船师、水手、工匠、医官、通事（翻译）、办事、书算手等技术和工作人员总计二万七千多人，分乘船只一百至两百多艘，其中长度超过100米的大型宝船40至60多艘。而哥伦布航行大西洋时只有88人，分乘3只长约19米的小船；达·伽马也只有4只船，船员148人（或作170人）。
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从科技史的成就来说，最值得称道的是造船和航海技术。
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我国的帆船，在结构和风力利用方面具有独特的优点，从唐代直到清中叶以前一直是世界公认的优良的海上交通工具。帆船种类很多，其中沙船是重要的船型之一。沙船以出江苏崇明沙而得名。它的前身，可以追溯到春秋战国，到唐代已经定型，元明是其极盛时期。郑和下西洋的船只是江苏太仓和南京制造的，江苏制造海船的传统一向是造沙船，所以推断郑和宝船的船型当为沙船。
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沙船船型的特点是：平底、多桅、方头、方艄，并有出艄。在性能方面也有不少优点，如底平，吃水浅，受潮水影响较小，又不怕搁浅，比较安全；多桅多帆，桅长帆高，便于使风，加以吃水浅，阻力小，轻便敏捷，快航性好；为了弥补沙船本身稳性较差的缺点，创造了一些增加稳性的设备和装置，如披水板（即腰舵），梗水木（设在船底的两侧类似今日的舭龙筋），太平篮（竹制，平时挂在船尾，遇风浪装石块置水中），后两项都是明清时期才出现的，由于这些设备和装置的作用，沙船稳性大为增加；因有披水板、船尾舵和风帆的密切配合，顺风逆风都能行驶，适航性能好，在逆风顶水的情况下，采取斜行的“之”形路线前进。这些都是我国船舶技术高度发展的标志。
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图8－1 南京三汊河出土的明代大船舵
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唐代海船已有长达20丈左右的大船，南宋的大龙舟长三四十丈，宽三四丈。郑和宝船更创新纪录，最大的长达44丈（150米），舵杆长11.07米（中华人民共和国成立后有宝船舵杆出土，现存中国国家博物馆），张12帆。建造这么大的船只，要在船坞中修造，龙骨接头要比一般规定多一、二个，这在技术上就得采取接头避开桅位的措施，才不致在船体的强度上有太大影响。同时船侧的大也要有10根或12根，以增加纵向强度。船体亦采用水密隔舱（参见本书第七章第三节）。
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图8－2 郑和宝船模型
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我国航海技术，在明代初期继续保持着世界先进水平。郑和远航的顺利，与当时掌握先进的航海技术有一定关系。这些先进技术包括航海时使用的罗盘、计程法、测深器、牵星板以及针路的记载和海图的绘制等等。
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船行海上，罗盘是最重要的仪器，由火长即领航员亲自掌握决定航向。船上有专门放置罗盘的针房。郑和下西洋时，慎重挑选了最有航海经验的人任火长，针路、海图都由火长掌握使用。
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计程法是计算航速和航程的方法。当时在航海上把一昼夜分为10更，多用燃香以计量时间。已知船舶的长度（l），再把木片从船头投入海中，测量木片到达船尾所需的时间（t），就可以求得航速；已知航速再乘以所经的时间就可求知航程了。当时船的航行速度，1更一般是30千米。
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测深器，一般是用长绳系结铁器以测深的器具。
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牵星板是观测星辰地平高度的仪器。高度测出后，就可以计算船舶夜间所在的地理纬度了。明代牵星板是一套由12块正方形木板和一块四角缺刻的象牙制的小方块组成。12块正方形木板，最大的每边长约24厘米，以下每块递减2厘米，最小的一块每边长约2厘米。四角缺刻的象牙方块，缺刻四边的长度分别是最小的正方形木块边长的1/4、1/2、3/4和1/8。如用牵星板观测北极星，方法是左手拿木板一端的中心，手臂伸直，眼看天空，木板的上边缘是北极星，下边缘是水平线，这样就可以测出所在地的北极星距水平的高度。测量时可以用12块木板和象牙块四缺刻调整使用。求得北极星高度亦即求得了所在地的地理纬度。这种用牵星板观测的方法，叫“牵星术”。郑和下西洋时，曾派专人负责观测，因此往返都有“牵星为记”。牵星一般是看北极星，在低纬度看不到北极星时，观测华盖星（即小熊星座β、γ星），另外还定出—些其他方位星进行观测，如织女星、灯笼骨星等。
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郑和下西洋绘制的航海地图从明代茅元仪《武备志》第240卷中可以看到，标题是“自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图”（计分20图，40面，连接起来是一幅横条形图）。图上绘有沿岸地形（山脉）、岛屿、礁石、浅滩以及最突出的针路。针路记载开船地点、航向、航程和停泊处所等。航向是记罗盘针位（郑和航海所记罗盘针方位的《针位编》一书，可惜没有流传下来）。航程用更计算。依据特定的针位，再参以航程的测算，便可顺利地抵达预定的目的地。在该图上观测的牵星记录和测量的水深也都有记载。这幅图在东西交通史和航海史上占有非常重要的地位。
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横渡印度洋的宝贵记录