书城自然科学新编科技知识全书:中华科技五千年
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第17章 四大发明之三——火药

科学与迷信是对立的,但是在我国古代,两者却奇妙地联姻。火药的发明和发现就是这样。

火药,是我国古代化学史上的重大科学成果。它没有在学者们的实验室里被发现,却从道士那神秘的丹炉中孕育出来。

自西汉就已开始的炼丹活动,试图寻找长生不老的仙药。

《西游记》中曾经描写到,齐天大圣孙悟空进入太上老君的炼丹房,把5个葫芦里的“九转金丹”全部吃掉,后来被抓,放进八卦炉烧炼。

这个“九转还丹”(也就是“九转金丹”)就是炼丹人希图得到的长生不老的丹药。他们希望人吃了可以脱胎换骨,长生不老,得道成仙。炼丹家的目的当然是不可能实现的,但他们在把各种矿物、金属及植物作为药物,混在一起烧炼的过程中,却发现了物质的变化,进而认识到物质变化是自然界的普遍规律。同时,他们炼出了许多化学药物,积累了大量的化学知识。关于火药的知识,就是在他们的反复实践中积累下来的。

火药,顾名思义就是“着火的药”。至迟在唐中叶时(公元9世纪)炼丹家就已经认识到,把硫磺、硝和炭混在一起加热,会发生爆燃,引起火灾,烧伤人的手面,烧毁房屋。因此,以硫磺、硝、炭为主要成分配成的药,就叫火药。孙思邈有一本有名的《丹经》记录了一种“硫磺伏火法”,就是将硫、硝、炭按一定比例,依一定的配制方法,置于一炉的一个较为完备的火药方子。孙思邈是我国火药配方的最早记述人。

火药在炼丹家那里诞生了,却未能派上大用场。开始的时候,火药引入医学,便成为医药,用作治疮癣、杀虫、辟湿气的药物。直到唐末宋初,火药引入军事,它的易燃性和爆炸性相继被开发,成为火器,在军事科学技术方面引起了重大的变革,方才惊天动地,大显神威。这经历了相当长的一段历史过程。

大约在公元10世纪的唐代末年,火药开始在战争中使用。其中火箭就是把火药缚在箭头附近,点燃用弓射出;火炮是把火药捆扎成团,点燃后用抛石机械射出。五代时,除火箭、火炮外,还制成了火球、火蒺藜等。初期的火药武器,爆炸性能不佳,主要是用作纵火。

宋代,由于对火药爆炸性能的重视,火药武器得到发展。

北宋朝廷在开封建有“广备攻城作”,即兵工厂。其中主要一项任务就是生产火器。这个兵工厂多达4万人,生产规模也很可观。

历史上有许多关于火药的生动记述。

北宋末年,在开封,金人南犯,兵临城下,宋朝皇帝吓得要逃难去。李纲拦住皇帝乘坐的车子,登上城楼,指挥士兵把一排排“霹雳炮”投向敌阵,攻城的金兵被打得抱头鼠窜,溃不成军。

“霹雳炮”就是一种纸壳炸弹,装有火药和白灰,点燃引线后会引爆火药,致使石灰雾散,迷住敌军人马的眼睛,窒息其鼻口,使其失去战斗力。确切地说,它以纸为壳,只是烟雾弹,还算不得真正的炸弹。

公元1222年,还是在开封,金人与蒙军开战,攻城的蒙古兵为破敌城,特制了一种“牛皮洞子”,高可容人。他们钻在这“洞子”中,到开封城下挖墙衔。守城的金人在城上,拉弓放箭、掷石头都不能打走敌军。这时,金人使用了尖端武器“震天雷”。金人将震天雷引火点着,从城上系下,待接近蒙古兵“牛皮洞子”时恰好炸响,蒙古兵连同牛皮洞子被炸得四处纷飞。

震天雷,以铁铸外壳,其声如雷,热力烧及半亩,可以说,它已是一种真正的炸弹了。

宋朝,火药得到重视和发展,并有记载,是我们今天了解当时火药知识的主要依据。北宋曾公亮主编的《武经总要》(成书于公元1044年)中,记载有3个火药配方,其主要成分是硝、硫、炭。而硝与硫的比已经从唐代的1:1增加到2:1,甚至3:1,这已经和后世黑火药里硝占四分之三的配方相接近。《武经总要》中还记载有一种“霹雳火球”,点燃后声如霹雳,这是生产爆炸性火药武器的开端。随着硝、硫提炼纯度、加工工艺的提高,火药的爆炸性能也不断增强。“震天雷”就是爆炸威力极强的一种火器。

宋朝时,火器的发展很迅速,出现了管形火器。这是军事史和兵器史上的一个重大事件,表明人们已在更高层次上了解了火药的性能,能够更加有效地控制和操纵烈性火药。最先出现的管形火器是火枪,是公元1232年发明的。它用竹筒制成,用以喷射火焰。元朝,开始以铁铸管筒,又在其中装置铁屑、药丸、石球等,发展成可发射子弹的火器,于是,突火枪问世了。大型的叫火铳,成了原始的炮筒,小型的可拿在手上的叫手铳,已经具备近现代枪炮的雏形。

元朝以后,火器渐渐向远射程发展,出现了飞弹和多纵火箭。

有种飞弹叫“神火飞鸦”,是当时常用的一种单级火箭武器。它以竹条编一只“乌鸦”,外面用纸和线封固,内装火药。在头、尾下部各装两支大型火箭,鸦背钻一孔,放入四根药线,由一根总线相连,并将火箭和鸦身内的火药药线相连。发射后,飞出100多丈远,落地时,药线又引燃鸦身内火药爆炸,“火光遍野,对敌用之,在陆烧营,在水烧船,战无不胜矣”([明]《武备志》卷131)。这可以看成是现代地基导弹的前身。

“火龙出水”则是一种二级火箭,是用5尺长的竹筒做成一条“龙”。龙身前后各扎两支大火箭,这是第一级火箭,用以推动龙身升空飞行。龙腹里放置火箭数枚,这是第二级火箭,由一总药线相连。龙头、龙尾下各装有一斤半左右的发射用火箭筒二枚,火门向下,也用总药线相连。再将龙腹里火箭的总药线与火箭筒的药线相连。当点燃火箭筒的总药线后,火龙便在火箭筒的推动下飞向敌方。第一级火箭(火箭筒)发射药燃尽后,又引燃龙腹内的火箭(第二级),火箭便从龙口射出。“火龙出水”可飞二三里远,“如火龙出于江面”,“人船俱焚,水陆并用”([明]《武备志》卷133)。这种武器开了现代多级火箭的先声。

“飞空砂筒”也是一种二级火箭,它是由两个内盛发射药的火箭筒构成。两个火箭筒喷火口方向正好相反。一个火箭筒喷火口向下,药线与一爆仗相连,爆仗内放有炸药和细砂,再将爆仗与另一个喷火口向上的火箭筒相连。当点燃喷火口向下的火箭筒后,整个装置就会飞起,并点燃爆仗,在爆炸时喷出砂子,伤人眼睛。对敌作战时,它会发挥威力。同时爆仗爆炸时又引燃另一火箭筒,使装置飞回,“敌人莫识”([明]《武备志》卷129),是世界上最早的返回式火箭。

这些火器,都是靠火药燃烧时向后喷射火焰和气体的反作用力发射升空,具有自身发射的性能,是今日火箭的原始形态。现在世界上已经公认,现代火箭的发祥地是中国。

在12世纪至13世纪时,火药及火药武器经海上、中外交通和陆上蒙古兵西征,先后传入伊朗、阿拉伯和欧洲,并成为西方文艺复兴时期攻破封建城堡的有力武器。

火药作为我国人民的一大发明,代表着中国人民的智慧和勇敢,它带来了生产和生活的巨大变化。