中國造船史上的四大發(fā)明

安娜

遠(yuǎn)古時代的先民對茫茫大海的向往，促使他們發(fā)明了形形色色的原始渡水工具。葫蘆體輕、防潮性強(qiáng)、浮力大，很早就被人類作為渡水的工具。后來，古人還用牲畜的皮革制作成皮囊作為浮水的工具。皮囊制作簡單、攜帶方便，而且結(jié)實(shí)耐用又不怕淺水和險(xiǎn)灘，所以在中國許多地方都有使用皮囊浮水的歷史。隨著人類不斷的探索，他們又發(fā)明了將多根樹木合攏，并且用藤或繩連接起來的筏，為了增加安全性和行駛時間，人們將皮囊與筏捆綁在一起形成安全可靠、不怕擱淺、成本低廉的皮筏。但是在原始渡江工具中，葫蘆、皮囊也只能被稱為浮具，筏也算不得船，只有在獨(dú)木舟問世之后，才算出現(xiàn)了第一種船。古籍中對于獨(dú)木舟的誕生年代作過記載和推測[1]，《易經(jīng)》中提到“刳木為舟，剡木為楫，舟楫之利，以濟(jì)不通，致遠(yuǎn)以利天下”。這說的便是古人挖空木頭做成舟，切削木頭做成槳。之后，人類又發(fā)明了木板船以及槳、舵、帆等屬具，經(jīng)過對船屬具的不斷升級、改造、優(yōu)化，中國古人創(chuàng)造了一個又一個世界造船史上的奇跡。

船尾舵

舵的發(fā)展過程極為緩慢。在剛開始的時候，船只比較小，利用篙、槳等劃水工具就可以改變船的行進(jìn)方向。但是隨著人類探索世界的范圍越來越大，到達(dá)的水域越來越多，船只也越來越大，篙逐漸離開了歷史舞臺，槳的數(shù)量大大增加，這時的槳既可以作為推進(jìn)工具，也可以作為控制方向的工具。這種負(fù)責(zé)掌控方向的槳被稱為舵槳——舵的前身。

中國古船中出現(xiàn)船尾舵的時間大約是漢代。1955年，在廣州近郊東漢墓出土的陶船明器，船尾就有舵。舵面呈現(xiàn)不規(guī)則的四方形，面積比較大。舵桿用“十”字狀結(jié)構(gòu)固定，上端有空洞，可能是用來安裝舵把的。舵面下端也有空洞，可能是船靠岸后用來懸掛船舵的。到了唐代，人們開始使用垂直轉(zhuǎn)軸舵[2]。在唐代畫家鄭虔的畫作中，小船尾部就出現(xiàn)了一個垂直向的轉(zhuǎn)軸舵。到了宋代，還出現(xiàn)了更為先進(jìn)的平衡舵。1978年在天津市靜海區(qū)出土的宋代古船上就發(fā)現(xiàn)了這樣一種平衡舵：舵葉呈三角形，底邊長3.9米，高為1.14米，舵葉總面積為2.223平方米 。靜海宋船的平衡舵，是目前世界上發(fā)現(xiàn)得最早的平衡 舵。

元代海船中對平衡舵進(jìn)行了改進(jìn)，菏澤出土的元代船舶帶有懸式平衡舵，它的舵葉形狀有點(diǎn)像三角形加四邊形，舵桿之前是一個三角形，舵桿之后是一個四邊形。舵桿前和后都有舵葉，說明這艘海船已經(jīng)應(yīng)用了懸式平衡舵。身為中國三大船型的廣船，為了減緩搖擺，采用了在中線面處設(shè)深過龍骨的中央插板的方法，插板也有抗橫漂的作用。為了舵的敏捷，廣船的舵葉上開有許多菱形的開孔，也稱“開孔舵”。

我國是最早發(fā)明舵的國家。舵的發(fā)明和使用，是我國在造船和航海技術(shù)方面的大成就，對世界航海事業(yè)的發(fā)展有不容忽視的影 響。

水密艙壁

水密艙壁技術(shù)是由中國人發(fā)明創(chuàng)造的。小篆“舟”字，從字形上就可以直觀看出，“舟”是由縱向和橫向的筆畫組合成的?！爸邸弊值臋M線看起來就像將船分成數(shù)個小艙體的擋板。

八槽艦是在中國乃至世界有記載的最早運(yùn)用水密艙壁技術(shù)的船舶，對世界造船史產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。繼八槽艦之后，現(xiàn)代船舶學(xué)家、歷史學(xué)家又找到了證明“水密艙壁”技術(shù)廣泛使用的證據(jù)。1960年在江蘇揚(yáng)州施橋鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)的唐代木船和1973年在江蘇如皋出土的唐代木船都使用了這項(xiàng)技術(shù)。這兩艘古船也是目前考古學(xué)界發(fā)現(xiàn)的最早使用這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)物。古沉船“南海一號”有12道船體隔艙板，這說明這艘古船已經(jīng)使用了能夠有效提高安全性能的水密隔艙技術(shù)。

我們口中所說的水密艙壁，其實(shí)就是將艦船的艙體用擋板分隔成許多小的艙體，并且用不透水的油密封起來。整個水密艙壁的功能是保證艦船的抗沉性，也就是說當(dāng)外殼破損或部分艙室進(jìn)水時，艦船仍能漂浮在水上。一般情況下，小型船可以分成數(shù)個水密艙室，而大型船可以分隔成十幾個艙室。水密隔艙技術(shù)有三點(diǎn)重要作用：第一點(diǎn)，即使某一艙室因觸礁破洞而淹水，短時間內(nèi)海水也不會波及旁邊艙室，這樣就可以保證船舶不會沉沒;第二點(diǎn)，因?yàn)榇瑲ぐ?、甲板有眾多隔艙作為支撐，增加了船體的剛度和強(qiáng)度;第三點(diǎn)，隔艙為船體提供了堅(jiān)固的橫向結(jié)構(gòu)，使桅桿得以與船體緊密連接，這也為后來古人發(fā)明多桅多帆技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。水密艙壁還有一個玄機(jī)就是在道水密艙壁的最低點(diǎn)開一個開口，也就是“流水孔”。這個小小的流水孔是用來在清洗艙體時排除積水的。如果不在艙壁上開這樣的小孔，就必須耗費(fèi)大量的時間來排除積水;而開了流水孔之后，只要將船舶稍微向船尾傾斜，全船的積水就會流向尾端的艙，這樣只需在尾艙排除積水就行了。大大減輕了水手的洗艙工 作。

水密艙壁的發(fā)明為中國古代的遠(yuǎn)洋航行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

車輪舟

車輪舟也叫作槳輪船，是中國古代造船技術(shù)中一項(xiàng)重要發(fā)明，早在公元417年就已經(jīng)出現(xiàn)了。晉大將劉裕由黃河乘槳輪船“溯渭（水）而進(jìn)，艦外不見有行船人。北土素?zé)o舟楫，莫不驚以為神”。這是在世界上首次出現(xiàn)槳輪船的文字記錄，為科技史學(xué)家所公認(rèn)。

槳輪船用輪槳作為推進(jìn)工具，所謂“輪槳”，也就是將槳的葉片裝在輪子的周邊，可以使原本槳的直線、間歇往復(fù)運(yùn)動，變?yōu)閳A周、連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。由連續(xù)旋轉(zhuǎn)的輪槳不斷劃水，不僅可以連續(xù)推進(jìn)，避免了用手劃槳時所做的虛功，而且還可以借自身的體重用腳踏轉(zhuǎn)軸省力。在同根轉(zhuǎn)軸上可根據(jù)船寬安裝很多踏腳板，由很多人同時踩踏，可以發(fā)揮多人的作用，提高車輪舟的推進(jìn)效能和船速。車輪向前轉(zhuǎn)，船就前進(jìn);車輪向后轉(zhuǎn)，則船可后退。槳輪船進(jìn)退自如，機(jī)動靈活，提高了船的機(jī)動性，這對戰(zhàn)船尤為重 要。

輪槳的發(fā)明在造船歷史上有重大意義，它使船舶的人力推進(jìn)工具產(chǎn)生了一個飛躍，達(dá)到了半機(jī)械化程度，成為古代船舶人力推進(jìn)技術(shù)的最高水平。

指南針

說起指南針，可謂無人不知，無人不曉，它是世界公認(rèn)的中國古代“四大發(fā)明”之一，在歷史上占有重要地位。你知道古人是如何發(fā)明指南針的嗎？在指南針發(fā)明以前，古人又是利用什么工具來判斷方向呢？

就像其他的技術(shù)或者某些工具一樣，指南針也經(jīng)歷了一系列的演化和進(jìn)步。有一種說法是，公元前4世紀(jì)的一本奇書——《鬼谷子》中，首次記載了我國最早的利用物質(zhì)磁性制成的指向工具——司南。它的原理是將天然的磁石打磨成勺子的形狀，放在一個刻有八卦、天干、地支及二十八星宿的盤子上，利用磁石的指南作用來辨別方向。但是，司南的缺陷十分明顯，只要稍微受到震動，磁勺就會移動而失去磁性，所以長期以來一直只能在靜止的條件下使用。后來，中國的能工巧匠又發(fā)明了一種叫作“指南魚”的指向工具。指南魚是人工制造的磁鐵，可以在車、船上使用。南宋時流行一種“指南龜”，是將天然磁石安放在木刻的龜身體內(nèi)部。指南龜可以說是旱羅盤的前身。如果把磁針和方位盤結(jié)合起來，就能做成一個羅盤，它能滿足人們測定方位的需要。南宋時，人們還發(fā)明了更先進(jìn)的水浮式磁羅盤——針盤，它是由一根水浮針和一個圓形方位盤組合而成的。到了元代，出現(xiàn)了一種更簡單的方法，將磁針穿在燈芯草等可以漂浮在水面的物體上，放在盛水的碗里，這種碗被稱為“針碗”。

指南針被制造出來了，下一個問題是把它放在什么容器里，讓它既能妥善保存，又便于用來觀察方向。沈括的《夢溪筆談》中詳細(xì)介紹了安置指南針的四種方法，分別是水浮法、碗唇法、指爪法和縷懸法。水浮法就是將磁針橫著穿過一截?zé)粜静?，放置在水面上，但是水的張力會影響磁針的轉(zhuǎn)動。碗唇法就是把磁針架在碗沿上。指爪法則是把磁針架在指甲上?？|懸法是用細(xì)絲系著磁針并懸掛起來，在沒有風(fēng)的地方使用。

經(jīng)過長期的實(shí)施、總結(jié)和完善，指南針終于成型并很快就被應(yīng)用于航海事業(yè)，并顯示出了它的優(yōu)越性和重要性。

參考文獻(xiàn)

[1]江曉原.中國科學(xué)技術(shù)通史[M].上海：上海交通大學(xué)出版社， 2015：360-367.

[2]金秋鵬.中國古代造船與航海[M].北京：中國國際廣播出版社， 2011：50-73，163.