在明代,作为一门独立的自然科学的近代化学在我国尚未出现,化学及其工艺是交织在一起、无法绝然划分的,因此这里的化学所包括的内容,既有化学科学,也有化学工艺。由这一角度来考察,明代的化学有如下九个方面的成就。
在瓷器的装饰艺术上,明代除继承以前的雕贴、印花、划花、凸雕、剔花等外,还大量兴起用笔画彩的方法,这种用彩料画出花纹后烧制的瓷器,叫作彩瓷。彩瓷有釉下彩和釉上彩之分。在胎胚上先画花纹而后上釉入窑烧制的是釉下彩,先上釉烧制而后加画花纹,并且经炉火烘烧的叫作釉上彩。由于彩料选用恰当、烧制温度及火焰性质掌握适宜,明代的彩瓷非常精美。
明初的著名彩瓷是青花瓷,属于釉下彩。这种彩瓷在元代已烧制成功,入明以后继续烧制,其技术则不断进步。宣德时烧制这种瓷器采用麻仓(景德东乡麻仓山)的陶土作陶胎,彩料为由南洋输入的“苏泥勃青”(也称“苏离勃青”),所制成品,洁白细腻,色调幽雅。明代中期以后,青花瓷的烧造更形成独特的风格,并由此发展出著名的斗彩和五彩。
所谓斗彩,是在釉下先用细线描好青花图样,入窑烧制,然后再在釉上就青料勾画的轮廓用彩填绘。由于釉上和釉下的色料互相争妍媲美,所以称为斗彩。斗彩创始于成化年间,现在收藏于故宫博物院的斗彩葡萄纹杯,就是当时烧制的精品之一。杯上的纹饰以红彩为枝,红中闪紫,极为粗壮;绿彩为叶,绿油油的叶子透视出青花的叶茎,非常逼真;黄彩为蔓,娇嫩的蔓须似正生长;紫彩为实,正如熟透了的紫葡萄悬挂枝头。这件瓷器上的纹饰如此形象生动,充分反映出斗彩技法的高超
。
五彩瓷器出于嘉靖、万历时期者很有盛名,它是在斗彩的基础上发展起来的。所谓五彩,非实指五种颜色,而是指多种颜色。其彩绘方法与斗彩基本相同,不过五彩虽有釉下青花,但它不仅是用以勾画轮廓,多数还绘成完整或部分图案,并常用褐黑或褐赤色代替青花作为图案的线描,甚至还有的不用青花作为线描,而直接在上了釉的白瓷上加彩。这是两者的主要区别。故宫博物院收藏有一个万历五彩鸳鸯莲花纹瓶,青花上加绿、黄、茄紫、矾红各种色彩,并用褐黑或褐赤色作为图案的线描。整个纹饰浓艳可爱,自然生动,由此可以窥见当时五彩瓷器之一斑
。
造纸术是我国古代的四大发明之一,出现甚早,但明代以前的史籍中少有关于造纸技术的记录,偶有记载者也多语焉不详,谈不上完整系统。到了明代,出现了两部比较详细地记载造纸工艺的书籍,一是王宗沭的《江西省大志》,一是宋应星的《天工开物》。两书的出现,不仅使后人能够得知古代造纸的工艺状况,而且反映了明代造纸技术水平的提高。
由《天工开物》卷13《杀青》的记载看,明代已可以造出许多品种的纸张。“近世(用竹新制)阔幅者,名大四连”;在制作工序上,“不用烘焙”,仅“压水去湿、日晒成干”者,叫“火纸”“糙纸”;“其最粗而厚者,名曰包裹纸,则竹麻和宿田(没种庄稼的隔年田)晚稻稿所为也”;若“柬纸则全用细竹料厚质荡成”,“最上者曰官柬”,富贵之家用作名片,倘用白矾水浸过,再染上红花汁,即成办喜事的“吉柬”;用楮皮和绝嫩竹麻等制成的纸是皮纸;坚固的皮纸,“纵文扯断如绵丝,故曰绵纸”;“其最上一等”供皇宫糊窗格,长过七尺,阔过四尺,名“棂纱纸”,“其次曰连四纸,连四中最白者曰红上纸”;名皮纸而实为“竹与稻杆参和而成料者,曰揭帖呈文纸”;“芙蓉等皮造者统曰小皮纸”;“桑皮造者曰桑穰纸”;“永喜蠲糨纸,亦桑穰造”;四川薛涛笺,“亦芙蓉皮为料”,煮烂后加入芙蓉花末汁,“其美在色,不在质料”。各种不同名目的纸张,或原料不同,或制法有异,满足着人们的多种需要,也反映着当时造纸工艺的进步。
尤其值得注意的是,明代在蒸煮纸浆时已知道应用石灰。如万历《江西省大志》在叙述江西省生产楮纸的情况时说:“(将制纸原料)甑火蒸烂,剥去其骨,扯碎成丝,用刀锉断,搅以石灰,存性月余,仍入甑蒸。”
这实际就是现代造纸工艺中所用的化学处理法,对于提高纸的质量很有好处。
油漆工艺在我国有悠久的历史,技术甚为高超,而到明代更有明显的进步,被赞为“极尽漆艺之能事”
。明政府对漆的生产极为重视,洪武初曾在南京东郊设漆园、桐园和棕园,以示提倡,其遗址至今尚存
。迁都北京后,明政府以果园厂为制造宫廷所用漆器之地,永乐、宣德年间的产品甚为有名,今故宫博物院尚收藏有当时的精品甚多
。明代民间的油漆技艺也堪称赞,出了不少有名的工匠,明中叶黄成即是其一。黄成,号大成,新安平沙人。明高濂《燕闲清赏笺》称:“穆宗时,新安黄平沙造剔红,可比果园,花果人物之妙,刀法圆活清朗。”清吴骞《尖阳丛笔》说:“元时攻漆器者有张成、杨茂二家,擅名一时。明隆庆时,新安黄平沙造剔红,一合三千文。”明末又有嘉兴西塘人杨明(字清仲),也是著名的漆工
。明代民间工匠所造漆器,传至现代者也很多。20世纪50年代,有人撰文称:山西省南部各县的民家,往往藏有明代金漆、彩漆、雕填、螺钿的大屏风、大木箱和大立柜,这种漆器多数是用洪洞县一带所产的漆作涂料,立柜高约八尺、一丈不等,柜门多作山水、人物、花鸟等图画,极富民间工艺价值。从前北京古玩商人每赴晋南一带买其柜门,在北京配制柜身出售。北京历史博物馆内即收藏有不少这类髹漆柜门,以及漆柜、漆箱和屏风等
。由于工匠们的努力,明代漆器的装饰方法极为繁多,明人自己曾评论说:“今之工法,以唐为古格,以宋元为通法,又出国朝厂工之始制者殊多,是为新式。”
在油漆工艺盛行和进步的基础上,上面说到的黄成还写出了漆工专著《髹饰录》,后来杨明又为之作注。此书及其注解的出现,不仅反映了明代油漆工艺的进步,而且说明了当时对这一化学工艺进行科学研究取得了丰硕的成果。作为中国古代的漆工专著,它虽然不是最早的
,却是唯一流传至今的,这使其价值尤为珍贵。该书共分“乾”“坤”两集,包括18章186条,内容涉及油漆工艺的原料、工具、操作方法及品种形态等各个方面。如在介绍各种原料时,就桐油的作用,正文指出用它调色叫“油饰”,可使“各色鲜明”,“然不宜黑”,注文指出“油清如露,调颜色则如露在百花上”
。再如,关于制造漆器的工序,在“坤”集“质法”一章中,正文依序介绍了棬榡(做胎骨)、合缝(木胎的粘合)、捎当(填裂缝及通体漆刷生漆)、布漆(糊麻皮)、垸漆(上灰漆)、糙漆(再次上灰漆及漆,使其光而厚,以便最后上色漆,加绘饰)等六个生产过程。注文则说明各个工序的作用及注意点等。又如,关于漆工的忌病,在“乾”集“楷法”章中,正文指出了每一种做法容易发生的毛病,注文除作一般说明外,更进一步解释了每一忌病的原因。这些表明,《髹饰录》对于我国古代的油漆工艺做了一个杰出的总结,是后人研究和学习的难得的宝贵资料。此书原来只有抄本,国内久已失传,1926年始据在日流传的抄本在国内刊印
。
中国是世界上用煤最早的国家之一。到了明代,煤被作为燃料更广泛地应用在日常生活和许多手工业部门之中。当时人李时珍曾说:“石炭,南、北诸山产处亦多。昔人不用,故识之者少,今则人以代薪炊爨,锻炼铁石,大为民利。”
其所谓“古人不用”虽不正确,但明代广泛应用而“大为民利”的叙述,则确实反映了当时的实情。
明代之所以能广泛使用煤炭,是因为当时已对煤炭有比较深刻的认识,而其广泛应用反过来又进一步加深了这类认识。明人关于煤炭的知识是非常丰富的。如对煤炭可燃性的认识,已达到空前的高度。发热量不同的煤,这时有不同的称呼和用途。孙廷铨的《颜山杂记》讲:有的煤“其火文以柔”,只能用于“房闼围炉”;而有的煤“其火武以刚”,以“煅金冶陶”
。宋应星的《天工开物》也说:“大块如斗许”,“以木炭少许引燃,灿炽达昼夜”的煤,叫“明煤”;碎煤中“炎高者曰饭炭,用以炊烹,炎平者曰铁炭,用以冶煅”;“末煤如面者,名曰自来风”
。为了使煤炭燃烧得更旺,这时已创造出可贵的经验:对于铁炭是“入炉先用水沃湿”,对于“自来风”是“泥土调”之成饼,使块头加大,便于通风,从而得以“既灼之后,与明煤相同,经昼夜不灭”
。再如,对于烟煤的粘结性已有清楚的认识。烟煤加热后,产生胶质体,因而表现出一定的粘结性,在此基础上可以炼出焦炭。关于这种认识,早在明代以前已经产生,但将之记载成文字却是始于明代。明末方以智的《物理小识》中说:“煤则各处产之,臭者烧熔而闭之,成石,再凿而入炉,曰礁,可五日不绝水,煎矿煮石,殊为省力。”
这里所说烧起来发臭的煤,应是一种含硫烟煤,所用“熔”字是对烟煤粘结性的准确概括,所说的“礁”即是焦炭。欧洲最早炼焦炭的是18世纪后的德国斯陀夫(Stauff),比中国至少晚了200年
。
为了满足广泛的需要,明代采煤业较前大为发展,其技术提高到新的水平,站在了世界的前列。由于地质的变化,煤层往往有露头,这是勘察煤藏的有利条件。当时,经验丰富的采煤工匠能从土面辨识有无之色,然后挖掘,已经熟练地掌握了利用露头找煤的方法。煤炭在生成过程中,伴随产生以沼气(即甲烷)为主要成分的瓦斯,无味而易燃,对人体有毒害作用。为了安全生产,采煤之先,必须设法将之排出。明代已经找到了这种方法,所谓“初见煤端时,毒气灼人。有将巨竹凿去中节,尖锐其末,插入炭中,其毒烟从竹中透上,人从其下施
拾取者”。
这是一个很合乎科学道理的方法。瓦斯的比重比空气小,倘含有瓦斯的空洞直接和地势较高的空间接通,瓦斯就会立刻上升。由于排除了瓦斯,当时在采煤的巷道里,已经能够用灯照明而不怕引起瓦斯燃烧爆炸。李时珍的《本草纲目》中,附有采煤图一幅,画面偏右部位画一高于人体顶有横担的竿子,上悬烛灯两个,人在灯下采煤
。这与当时的欧洲相比,显得相当先进。直到16、17世纪时,欧洲的煤矿因为没能解决瓦斯问题,采煤工人还只好在暗中摸索着工作,没有任何照明设备
。支撑巷道顶部预防发生事故的办法,在明代也找到了。当时,采煤工人在井下掘进时,其上支板,以防压崩
。这就为扩大采煤面和加深井下巷道提供了保证。据顾炎武《日知录》卷32《石炭》注引崔铣修弘治《彰德府志》,当时安阳县龙山煤矿的巷道长度,已经“深数百丈”。这也是当时欧洲煤矿远远不能赶上的
。
中国是世界上最早发明钢铁冶炼技术的国家,其最初的冶炼技术的出现,至迟不晚于春秋战国时期,以后历代不断发展,到明代更达到新的水平,有许多改进。
明代炼铁的炉具甚大。明末朱国桢所著《涌幢小品》卷上《铁炉》记载:“遵化铁炉,深一丈二尺,广前二尺五寸,后二尺七寸,左右各一尺六寸。前辟数丈为出铁之所,俱石彻。以简千石为门(指炉门),牛头石为心(指内壁)。黑沙(指铁沙)为本,石子为佐(指作熔剂),时时旋下。用炭火,置二韛扇之。得铁日可四次。”由此看来,这是一种方形竖炉,高约三米多,烧炭,每日出铁四次,实在是一种庞然大物。
明代钢铁冶炼业中所使用的鼓风装置,已是装有活塞、活门的木风箱。宋应星《天工开物》卷8《冶铸》所附图谱上,可以普遍看到它。其形式已和中华人民共和国成立初期铁匠铺工匠所用者相同。这种装置,结构巧妙,供风充足,是钢铁史上的一大改进。欧洲使用靠活塞推动和压缩空气的鼓风装置开始于18世纪后期,比中国始于明朝至少晚100年以上
。
在冶炼生铁时,明代已实现了操作过程的半连续性,当炼铁炉出铁孔流完铁水后,用泥塞住出铁孔,马上可以加料,鼓风再炼。这比当时欧洲的办法——等炉冷却后才把炼成的铁取出来,要先进得多
。
炼铁炉与炒铁塘串联使用,是明代钢铁生产中又一种先进技术。《天工开物》卷14《五金》载:“若造熟铁,则生铁(自烧铁炉腰孔)流出时,相连数尺内低下数寸筑一方塘,短墙抵之。其铁流入塘内,数人执持柳木棍排立墙上,先以污潮湿泥晒干,舂筛细罗如面,一人疾手撒
,众人柳棍疾搅,即时炒成熟铁。”这种串联工艺减少了炒炼熟铁时再熔化的过程,可以节约时间,降低成本,是现代冶金技术上的一个重要起点。用撒入污潮泥干粉和柳木棍疾搅冶炼熟铁,也很值得注意。污潮泥干粉在这里起熔剂作用,其中含有硅酸铁和氧化铁,撒进它能促使碳氧化成二氧化碳飞走,从而减少碳含量,使生铁变成熟铁。其中的硅,能与氧化铁化合而形成易熔氧化物渣,促使熟铁凝成大块。柳木棍的疾搅,能扩大生铁水和空气的接触面积,从而促进氧化作用,加速熟铁的形成。这些也反映了当时钢铁技术的先进。
中国钢铁生产发展史上,有一种称为灌钢冶炼法的引以自豪的创造,它是利用生铁的铁液灌入未经锻打的熟铁,这样不但可以产生强烈的氧化作用,把渣滓较快地除去,而且能使碳分较快地渗入,炼成硬度极高的灌钢。明代继续沿用了这种炼钢法,《天工开物》卷14《五金·铁》记录了具体操作办法:“凡钢铁炼法,用熟铁打成薄片如指头阔,长寸半许,以铁片束包夹紧,生铁安置其上(原注:广南生铁名堕子生钢者妙甚),又用破草覆盖其上(原注:粘带泥土者,故不速化),泥涂其底下。洪炉鼓鞴,火力到时,生钢先化,渗淋熟铁之中,两情投合。取出加锤,再炼再锤,不一而足。俗名团钢,亦曰灌钢者是也。”由这段记载看,在炉中将生熟铁一起加热后,还要“取出加锤”,其原因是单靠加热使生熟铁融合在一起所得的钢,组织还不够均匀,性能较差,所以取出后还要锻打加工。这段记载中还指出要“再炼再锤”,这则是为了进一步去掉其中所含的杂质,并使碳素分布更加均匀,以提高钢的质量。明代除了继续沿用灌钢冶炼法之外,还将之加以发展。其中之一是将它应用在工具锋刃的锻制上,创造出“生铁淋口”的方法,就是先用熟铁制成坯件,然后熔化生铁,在坯件的刃口淋上一层生铁水。这实际上是用灌钢冶炼法的原理,将刃口加工硬化。《天工开物》卷10《锤锻·锄镈》记载应用这种方法制造锄、镈(一种锄草用的阔口锄)的操作程序说:“凡治地生物,用锄、镈之属。熟铁锻成,熔化生铁淋口,入水淬健,即成钢劲。每锹、锄重一斤者,淋生铁三钱为率,少则不坚,多则过刚而折。”这种炼制工具钢刃的办法,既不需要夹进炼好的钢条,又不需要把工具加以熔化,简便易行,闪耀着中国古代劳动人民智慧的火花。
锌最初是作为合金的一种成分而被人们认识和使用的,至于纯锌的使用,有人认为不会晚于五代
。进入明代,使用纯锌的记载就更多了。据旧题吕震等著《宣德鼎彝谱》,明宣宗时期制造供郊坛、宗庙、内廷使用的黄铜鼎彝时,“倭源白水铅”(即锌)是重要的原料之一。使用了纯锌,就可能已经掌握了冶炼纯锌的方法。但是,关于纯锌的冶炼方法的最早记载,到了明朝末年才出现。宋应星《天工开物》卷14《五金·铜附倭铅》载:
凡倭铅,古书本无之,乃近世所立名色。其质用炉甘石熬炼而成,繁产山西太行山一带,而荆衡为次之。每炉甘石十斤,装载入一泥罐内,封裹泥固,以渐砑干,勿使见火拆裂。然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火锻红,罐中炉甘石熔化成团。冷定毁罐取出,每十耗其二,即倭铅也。此物无铜收伏,入火即成烟飞去。以其似铅而性猛,故名之曰倭云。
这里所说的倭铅即锌。其原料炉甘石乃碳酸锌,当它因罐外炭火的烧灼而温度升高后,就初步分解为氧化锌和二氧化碳,其中二氧化碳气体会从泥罐缝隙冲泄出去,而氧化锌固体则受到由缝隙进入的碳的作用而发生还原反应,从而冶炼出纯锌。按这一方法冶炼,由理论上计算,产锌应为52.1%,即失重47.9%。作者说只失重20%,这大概是由于分解和还原反应不完全以致产品不纯。锌的沸点为907℃,铜的沸点为2336℃,锌铜合金的沸点在两者之间,所以单纯的锌与锌铜合金相比,易于挥发,“无铜收伏,入火即成烟飞去”,即指这种现象。明末冶炼纯锌记载的出现,说明当时这种生产已经相当发达。欧洲冶炼纯锌比中国晚,其冶炼方法一般认为是从中国传去的
。
黄铜是锌铜合金,一般锌含量为10%—40%,古书中称为鍮石。明代以前,冶炼黄铜是用炉甘石即碳酸锌和铜作原料。到了明代,用纯锌代替了炉甘石,冶炼方法有所改进。《天工开物》卷14《五金·铜》记载:
凡红铜升黄色为锤锻用者,用自风煤炭百斤,灼于炉内;以泥瓦罐载铜十斤,继入炉甘石六斤,坐于炉内,自然熔化。后人因炉甘石烟洪飞损,改用倭铅,每红铜六斤,入倭铅四斤,先后入罐熔化。冷定取出,即成黄铜,唯人打造。
炉甘石在300℃时即分解成氧化锌和碳酸气,其碳酸气在逸散时往往把氧化锌带走一些,所以就造成了“烟洪飞损”的情形。而锌的沸点是907℃,相比之下,较为稳定,因此可以避免“烟洪飞损”情形的出现。用纯锌代替炉甘石冶炼黄铜,其优点正在于此
。
盐是人类生活的必需品,很早以来制盐业就是我国的重要手工业部门之一,产量越来越大,技术日益成熟。明代在以前的基础上更发展到新阶段。据《天工开物》记载,明代产盐约分六种:海盐、池盐、井盐、土盐、崖盐、砂石盐
。从生产技术的角度看,明代制盐业中出现皂角结盐法是突出的一个成就。另外,在井盐的制取中已采用了相当进步的深井钻凿技术,也很值得一提。
关于皂角结盐法,《天工开物》卷5《作咸·海水盐》记载说:“凡煎卤未即凝结,将皂角椎碎,和粟米糠二味,卤沸之时,投入其中搅和,盐即顷刻结成。盖皂角结盐,犹石膏之结腐也。”按皂角,又名皂荚,能发泡,可以絮凝卤水中的杂质促进食盐结晶。这种皂角结盐法是明代以前煎盐技术中所没有的
。
关于深井钻凿技术,《天工开物》也有简明的记载。它说:
盐井周围不过数寸,其上口一小盂覆之有余,深必十丈以外,乃得卤信(按,指盐层),故造井功费甚难。其器冶铁锥,如碓嘴形,其尖使极刚利,向石山舂凿成孔。其身破竹缠绳,夹悬此锥。每舂深入数尺,则又以竹接其身,使引而长。初入丈许,或以足踏碓稍(梢),如舂米形。太深则用手捧持顿下。所舂石成碎粉,随以长竹接引,悬铁盏挖之而上。大抵深者半截,浅者月余,乃得一井成就。
由此可见,这时钻凿使用的钻头是“碓嘴形”的铁锥,已相当于近代冲击式的钻井工具,是顿钻的雏形。在钻凿深井中,卡钻事故难免发生。遇到这种情况,明人也能巧妙地处理,其技术和器具与近代处理这类问题的器具的结构和工作原理,也都一致
。
火药是中国的伟大发明之一,并很早就成功地应用于军事、娱乐等方面。到了明代,对火药的认识进一步加深,在制造军用火器方面也有了长足的进步。
宋应星的《天工开物》说:“凡火药以硝石、硫黄为主,草木灰为辅。硝性至阴,硫性至阳,阴阳两神物相遇于无隙可容之中,其出也,人物膺之,魂散惊而魄齑粉。”
这是用阴阳矛盾的观点来解释火药爆炸的原因,它虽然还不像现代科学那样深刻、准确,但反映了朴素的辩证观点,是难能可贵的。该书还说:“凡硝性主直,直击者硝九而硫一;硫性主横,爆击者硝七而硫三。”
这说明,这时火药的成分已较单纯,已经掌握发射用的火药和爆炸用的火药的配制规律。特别应予指出的,是明末茅元仪所著《武备志》卷124中记有一个配制铳火药的处方:硝一两,硫黄一钱四分,柳炭一钱八分。按照这种配法,硝占75%,硫黄占11%,木炭占15%,已与现代黑色火药的配制处方(硝75%、硫黄10%、木炭15%)基本相同。此外,《武备志》还记载着其他提炼硝黄和配制各种火药的处方数十个,其产品的性能包括烟幕、毒气、燃烧、杀伤、催泪、致昏等多种,也非常值得注意
。
明政府对军用火器的制造极为重视,不仅种类增多,而且质量不断提高,其进步速度之快,在我国历史上是空前的。其中,进步最快的是管形火器。原来只是简单的火铳,后来发展到型号繁多的各种枪支和火炮。原来没有瞄准装置,明中叶由葡萄牙人传入带有瞄准装置的佛郎机火炮后,明朝的管形火器也先后仿之装配,使命中性能大大提高。原来是用火绳点火,遇到风雨,火门里的火药或被吹走,或被打湿,致使不能发射,即使没有风雨,燃放时间也不易准确掌握。而到明朝崇祯年间,毕懋康发明了自生火铳,改用燧石发火,不但克服了风雨对射击带来的影响,而且可以随时发射,避免了燃放时间不准对战机的妨害。原来只是单管,装填发射速度很慢,后来造出了两头铳,可旋转连放,更进而制造出夹靶铳(二眼)、三眼、四眼、五眼、七眼、十眼等多管或多节铳,可以单放、齐放和连放,原来装填发射缓慢的缺点大大改进。原来所发射的都是实心弹,而明中叶以后,有的火炮已改为发射爆炸弹,这不仅是中国炮弹的一次重要改革,而且也在世界上填补了管形火器没有开花炮弹的空白
。
明代的燃烧性和爆炸性火器比以前也都有改进。其燃烧性火器除主要作用燃烧外,常兼有烟幕、毒气等功能。宋元的这类火器,是用烧红的烙锥点火,明代则改进为引信发火。在使用方法上,除沿用原有的以冷兵器和人力抛射方式外,更创制了喷筒类火器,用于攻守城寨和水战。其名目有毒药喷筒、满天喷筒以及毒龙喷火神筒等。如毒药喷筒,是将长二尺余直径二寸的圆竹筒,用麻绳密缠,下端接五尺长的竹木柄。筒内先装炭多硝少的慢药(燃烧药),接着装喷药(发射药),再装含有硝黄、松香、砒霜等成分的药饼,“饼照原制,务要合口,用力筑之,筑过力饼碎无用也,此处要妙。如此五次完”。药饼被发射出去时,可远达数十丈,粘在敌方的船帆上,使之立即燃烧
。爆炸性火器在明代已发展至接近于近代的水平。依其性能和作用,可分为炸弹、地雷和水雷三类。炸弹类在宋元时已经出现,而明代的炸弹种类更加繁多,有铁弹、石弹、木弹、泥弹等。点火的方法也大有进步,或触发,如击贼神机石榴炮
,或拉发,如威远石炮
,还有的能定时爆炸,如慢炮。地雷类是明代创造的,其制造材料“或铁、或石、或瓷、或瓦”;若干个连在一起,埋于地下,引发的方式,也包括踏发、绊发、拉发、点发等多种。如有一种名叫炸炮的地雷,“制以生铁铸,大如碗,空腹。上留指状一口容药,木杵填实。入小竹筒穿火线于内,外长线穿火槽(按,火槽是总引信,装于空竹管中)。择寇必由之路掘坑,连连数十,埋于坑中,药槽通按钢轮(按:钢轮为发火装置),土掩,使贼不知。踏动发机,地雷从下震起,火焰冲天,铁块如飞”
。明代创制的水雷有水底龙王炮、混江龙等。它们或者采用定时发火装置,或者采用拉火装置,其作用已与现代的漂雷和沉雷相似
。
明代火器制造中最值得一书的,是发明了利用火药燃烧时喷出的气体所产生的反作用力推动的原始火箭。明代以前即有火箭,但那是指在箭镞下缚绑一些灌有油脂的麻布等,点燃后用弓或弩射出去,对敌人加以火攻,或者是将火药包缚绑在箭杆上,再用弓弩射出去,引起燃烧,它们与明代发明的这种以火药燃烧后喷出的气体所产生的反作用力为动力的火箭有本质的区别。明代发明的火箭有两类,一为单级火箭,二为多级火箭,它们是现代火箭的雏形。单级火箭有单发的——一次发射一次箭,还有多发的——一次发射几支、几十支以至上百支箭。单发的如飞空击贼震天雷,它是用竹篾编成圆球形,直径三寸五分,两旁安翅膀,球内装爆炸药,中间夹三寸长的纸筒,筒内装发射药,并用引信与球内的爆炸药相连。攻击敌人时,顺风点信,即飞向敌方。发射药燃尽,爆炸药爆炸,敌方即被搞得“烟飞雾障,迷目钻孔”
。多发的原理与单发的完全相同,只是把多支火箭装在一个竹筒或木筒内,其引线连在一起,因而点火时一齐发射出去而已。多级火箭要设置两个(组)或两个(组)以上的推送药筒,并使其先后点燃,从而能产生两次或两次以上的推送作用。这类火箭有“火龙出水”及“飞空砂筒”等。“火龙出水”由五尺长的毛竹制成,两头装上木雕的头和尾,龙口向上,龙腹内装火箭数支,龙头和龙尾下面分别装两个火箭筒,四个火箭筒的引信总会一处,并与龙腹内火箭的引信相连。发射时先点燃四支火箭筒,推动火龙前进,等火箭筒燃烧完毕,龙腹内的火箭即被引燃,并飞出龙口,射向目标
。“飞空砂筒”是由装着三个药筒的火箭组成的,一个药筒中装有燃烧药和炒过的药砂;另两个药筒装有起推动作用的火药,但它们安装的方向恰好相反,一个可把火箭向前推动,一个朝后推动。使用时先点燃向前推动的药筒,于是整个火箭飞向敌方,到达目标后装有燃烧药和药砂的药筒即喷射细砂和火焰,杀伤敌人,同时朝后推动的药筒发动起来,使火箭飞回己方,这可以使敌人莫明其妙,引起惊恐
。这种往复火箭设计之巧妙,实为难得。明代所用的火箭发射架最初是树丫叉,万历时火器专家赵士桢发明火箭溜,其形状类似短枪,它是一种滑槽,可较好地控制方向,提高命中率
。明代发明的火箭的发射原理,直到现在,仍然被世界各国采用。