《西法神机》

明末关于西洋火炮制造与使用的一部理论专著。明代孙元化撰。书中所说的西洋大炮，主要是指16～17世纪欧洲的英国、荷兰、意大利等一些国家制造的早期加农炮。

孙元化，明末将领与军事技术家，宇初阳，号16～17世纪英国的加农炮火东，嘉定（今属上海）人，出生年不详。《明史·徐从治传》后附有其小传，称其“善西洋炮法，盖得之徐光启云”。清乾隆《嘉定县志》则说他天资异敏，好奇略，师从上海徐光启，受西学，精火器”。因条陈备京、守边等策，得以赞划经略军前。天启二年（1622）九月，他以兵部司务身份，在山海关协助辽东经略孙承宗修筑城防。全力支持科学家徐光启、李之藻，以及他的同行张焘等人，从澳门葡萄牙当局购买30门英制加农炮，用以抵抗后金军的进攻。天启三年，他随宁前兵备道袁崇焕守宁远（今辽宁兴城），负责管理从北京调运至山海关的11门西洋大炮（即英制加农炮），并组织部下大量制造各型火炮，加强宁远的城防，在宁远徐光启等从澳门葡萄牙当局购买的英制加农炮大捷中立了功。至崇祯初年起，任兵部员外郎，不久迁郎中。崇祯三年（1630），经老师徐光启荐举，调任登莱巡抚，忠实按徐光启的意图，聘请葡萄牙人公沙的西劳（Gonzives Texeira Correa）和陆若汉（Jean Roddriguea）等人，到登莱制造西洋大炮和对士兵进行使用火炮的训练。崇祯五年（1632），其部将孔有德、耿仲明叛明降清，在吴桥发动兵变，攻陷登莱。孙元化被俘后自杀未死，被叛军放归。崇祯六年九月，被明廷处死。有《经武全书》、《西法神机》等著作传世。

《西法神机》是孙元化的代表作。金民誉于清康熙元年（1662）四月，为《西法神机》所作的序言中称：孙元化于天启、崇祯年间“从军辽左，（由徐光启）荐升登莱巡抚，徐光启与利玛窦历数战，皆火攻取胜。其法甚秘……凡著作之有关兵事者，辄焚弃，而火攻一法亦鲜有传者。聿中丞中表王公式九，预留副本，递传及余，且三十年矣，因录之以示同学”。可知《西法神机》成书于崇祯五年，系依据副本刊印的古香草堂刻本，分上下两卷，上卷7节，下卷5节，约3万余宇，34幅附图。中国科学院图书馆藏有此书。又据杨恒福于清光绪二十八年（1902）夏，为《西法神机》作的跋称：“明万历间，西人利玛窦（Matteo Ricci，公元1552～1610年）入中国时”，于万历二十年（1600）结识徐光启（1562～1633）、李之藻（1565～1630）等科学家。徐光启向利玛窦学习“天算、火器”，合作翻译了《几何原本》。李之藻也向利玛窦学习算术、火器，并与利玛窦、罗雅各（J.Rho，公元1593～1638年）等，合作翻译了《圆容较义》、《同文算指》等数学著作。孙元化又向徐光启、李之藻等人学习火器制造与使用技术，并运用《几何原本》、《圆容较义》、《同文算指》等著作的数学知识，著述《西法神机》，“有图有说，条理秩然”，成为运用数理化知识，著述新型火炮的专著。《西法神机》卷下首页图《西法神机》是运用数理化知识，解释西洋火炮制造与使用技术的专著。解读的重点亦侧重于此。

卷上

本卷主要论述西洋火炮铸造的基本原理，以及战铳、攻铳、守铳（即野战炮、攻城炮、守城炮）、炮车、炮台的铸造与建筑方法。

孙元化在“泰西火攻总说”中指出：如何制造高质量的合用火炮，只有“精于理者能知，亦精于理者能造”。“成之不易，炼之更难”。如果造炮用的铜铁材料质理粗疏，夹有杂质，看上去“似无罅隙”，但是由于“药猛火烈，立见分崩”，产生膛炸。究其根由，在于开炉鼓铸时，“未推物理之妙”。孙元化此论之本意，在于从把握铸造火炮所用材料质量的根本问题上，保证铸成精良的火炮。

铸造战铳、攻铳、守铳尺量法各节，主要论述以口径的尺寸为基数，按一定比例倍数设计火炮其他各部分尺寸的方法。如战铳的口径为3寸，则战铳其他各部分与口径尺寸的比例倍数如下：战铳火门至炮口长33寸，火门至炮耳长13寸，炮耳至炮口长19寸，炮耳前壁厚0.75寸，炮口壁厚0.5寸，其余火门前壁厚、炮耳直径、炮耳长、炮底厚、尾珠直径、尾珠长都是1寸，即与炮口的直径相等。按同样的道理，攻铳，火门至炮口长18～22寸，火门至炮耳长8～10寸，炮耳至炮口长10～12寸，炮耳前壁厚0.75寸，其余火门前壁厚、炮口壁厚、炮耳直径、炮耳长、炮底厚、尾珠直径、尾珠长都是1，即与炮口的直径相等。守铳，火门至炮口长8～16寸，火门至炮耳长2.7～5.3寸，炮耳至炮口长5.3～10.7寸，其余火门前壁厚、炮耳前壁厚、炮口壁厚、炮耳直径、炮耳长、炮底厚、尾珠直径、尾珠长都是1寸，即与炮口的直径相等。

上述3种类型火炮的尺寸不同，其用处也各不相同。野战炮比较轻便，可随军进行机动作战。攻城炮既有直射又有曲射，其中曲射炮实际上就是后来的臼炮，可曲射城中的人马和建筑物。守城炮因安于城上用于轰击接近城墙之敌，所以炮身比较短，而且火门至炮耳的长度，仅为炮耳至炮口长度的一半，故炮身向下俯斜，适应于从城上向下俯击的需要。

孙元化在“造铳车说”中指出：铳弹射程的远近，“全赖铳口低昂（的程度），铳口低昂复凭铳尾高下，则架耳之车制不可不讲矣。夫铳有战、攻、守之不同，车亦有战、攻、守之各异”。

孙元化在“铳台图说”中指出：弹丸射出炮膛，在空中飞行时，并非直线前飞，而是“全用其直势，亦半用其曲势，曲势过半，不能杀人矣”。其意是说，弹丸在空中飞行，既有向前直飞之势，又有受地球引力影响向下坠落之势，两者的合力形成弹丸飞行的曲势，即抛物线轨迹。如果曲势过半，即弹丸飞过了弹道抛物线的顶点之后，其速度降低，动能减少，杀伤力减弱，直至最后飞行速度为零，杀伤力完全消失为止。孙元化对弹丸在空中既作直势又作曲势飞行的论述，虽不如意大利科学家伽利略（Galileo Galilei，1564～1642）那样把抛物线的理论阐述得十分透彻，但是这一论述在中国古代却是一大突破，而且在年代上也是紧随伽利略之后而相隔不长的。

孙元化在“铳台图说”中，对铳台（即炮台）上发射大型炮弹后产生的强烈震动作了进一步的探讨。他认为，当炮手发射炮弹时，炮膛所产生的强烈火药燃气即“铳气”，随之冲出炮口，使炮口周围的空气相激，其“气之动也最捷，故山谷皆答（即回声），其近而裂者，则能排墙，能撼石”。孙元化的解释，虽然还没有直接指出大型火炮射击后产生的强烈震动，是冲击波造成的，但是已触及冲击波本质之边缘了。现代科学所说的冲击波，是由物质高速运动或火药爆炸时，在介质（如空气、水、土壤等）中引起强烈压缩，并以超声速传播的波。这种波在火药爆炸后都能产生，但只有当火药量足够多，爆炸足够强烈的时候，才能产生强烈的冲击波，其势如飓风疾卷，所卷之处，能击杀有生力量（人或其他动物）、摧毁物体。我国古代提到冲击波现象的书，并非自《西法神机》始。早在宋元之际周密所撰的《癸辛杂识·炮祸》中所提到的“炮风”，就是一例。不过该文只是提到而已，并未对“炮风”所产生的摧毁力作任何解释。此后，在《筹海图编·铜发烦》中介绍铜发烦的威力时，也提到“其风能煽杀乎人”之事，文中所说的“炮风”，也就是大型火炮爆炸后所产生的冲击波。不过该文也只是提到为止，没有对“炮风”作任何解释。孙元化的可贵之处，在于他对冲击波现象作了初步解释，这在中国军事技术史上还属首创。

卷下

本卷主要论述铁弹造法、火药库建筑的要求、配制火药、火炮配件的制造与使用等问题，并介绍了一些计算方法。

孙元化在“造铁弹法”中指出：有人认为，既然所造火炮的质量得到了保证，为什么还会出现炮弹的射程达不到设计的距离呢？这一定是火药的质量出现了问题。其实不然，这是由于炮弹的直径与火炮的口径不贴合匹配的原因造成的。如果两者不贴合匹配，就会在火药燃烧后产生泄气现象，因而使炮弹射出后产生歪斜和偏差，以致不能达到设计的射程。西洋火炮所用的炮弹，其直径与火炮的口径完全贴合匹配，所以能命中致远。

孙元化在“炼火药总说”中指出：如果配制的火药，不按硝、硫、炭的性质去调剂，那么所制的火药就会产生“不因其性，不得其理，用之必不遂意”的后果。因此要将配制火药的“硫磺去下面黑脚（即杂质沉淀物），研极细末，仍用水飞过（即过滤），入药方（时）不滚珠（即不凝结），柳炭须（用）清明后采取如笔管大者，去皮去节，有皮则多烟，有节则进炸”，焰硝要去除渣滓和水中碱味。然后将三者均匀拌和，用木杵捣研上万次，再按规定经过筛选后才能使用。

《西法神机》与此前的兵书不同，它的理论大多是通过数学计算进行表述的。

1.研制火药与火器必须明理识性

孙元化所说的理和性，实质上是指制造火器与配制火药所用原料的物理和化学特性。孙元化认为，制造火器与弹药时，必须“推物理之妙”，合事物之性。精于理者不但能了解弹药与铳车的特性，而且能按照这些特性，采用“合理”的方法进行制造。制造枪炮时要选用精良的钢铁，若错用质量粗疏的铜铁，虽然从外表上看不出它们的罅隙之处，但是只要使用猛烈的火药一试，炮管就会炸裂。配制火药如果不按规定程序和工艺要求进行，那么就配制不出性能良好的火药。

2.用定量计算确定火炮设计的最佳方案

《西法神机》用数计算的方法，论述了以火炮口径的尺寸为基数，按一定的比例倍数设计火炮其他各部分的方法，认为按这种方法设计的火炮，其口径、长度和重量，既能保证所需要的杀伤威力，又不致因炮身过重而影响在战场上的机动。

3.用定量计算确定弹重与装药量的关系

孙元化指出，弹重与装药量之间要有一定的比例关系，凡弹重1～8斤者，弹重与装药的重量相等，弹重9～17斤者，装药量为弹重的4/5；弹重18～28斤者，装药量为弹重的3/4；弹重在27斤以上者，装药量为弹重的2/3。按照上述比例制造的炮弹，装填在口径适宜的火炮中，其命中和致远的效果较好，反之则差。

4.用试射方法测定火炮射程与射角的关系

孙元化在《点放大小铳说》中，通过火炮的试射，测定了火炮射程与射角的一般关系。他以火炮平射（即炮管与地面平行）时的射程1340尺为标准，渐次改变射角至45°，得出了一组数据：

射角（度）07.51522.53037.545

射程（尺）340297039454770505052005260

从上述数据关系可知，射角在0～22.5°时，射角的增大，对射程增幅的影响也较大，射角在22.5°～45°时，射角的增大，射程的增加却越来越小：射角至45°时，射程最大，射角超过45°时，射程反而呈现负增长的趋势。

孙元化在《西法神机》中运用数学计算的方法，论述火药、火炮制造与使用诸方面的问题，反映了明代的科学家和军事技术家，在指导火器研制与使用的理论基础方面，已经从经验描述与定性研究的旧轨，转向定量与定性研究相结合的新轨，这是明代科学家与军事技术家所取得的最重要的突破性成果。

《西法神机》的影响在于：

1.促进了明末清初火炮制造与使用的发展

《西法神机》虽然是孙元化的著作，但是实际上也包含着他的老师徐光启和李之藻等科学家，造炮用炮智慧的结晶，对明末清初红夷炮（清初改为红衣炮）的制造和使用，产生了重大的影响，并形成了制造红夷炮（红衣炮）的高潮，这个高潮一直持续到康熙时期（1662～1772），其间的制品至今仍陈列在天安门内端门至午门的广场上。这些火炮，大多成为明清双方在明崇祯四年（清天聪五年，公元1631年）的大凌河之战、明崇祯十三至十五年（清崇德五年至七年，公元1640～1642年）的锦州与松山之战、明崇祯十七年（清顺治元年，公元1644年）的山海关之战中使用的大威力火炮。

入清以后，南明政权与南方扬州、江阴、桂林明末清初制造的红夷炮等地军民也多制造红夷炮，作为反清斗争的利器，其中以郑成功的部队使用最多。陕西省博物馆收藏了郑成功所部制于南明永历乙未年（南明永历九年，清顺治十二年，公元1655年）制造的一门红夷炮型火炮，炮身长210厘米、口径11厘米，其上铸有郑成功的名号“钦命招讨大将军总统使世子”，以及制造年代“大明永历乙未仲秋吉日造”等字。郑成功不但用其部所造火炮进行反清战争，而且还统率其部驱逐荷兰殖民者，收复中国领土台湾，开了中国军队使用大型火炮进行渡海作战的先河。

2.郑成功收复台湾之战

大明永历乙未年炮台湾历来是中国领土，自明天启二年（1622）起，荷兰殖民机构东印度公司（驻印度尼西亚）便开始逐步侵入台湾。崇祯十五年（1642），荷军击败了侵占鸡笼（今台湾基隆）、淡水等地的西班牙军后，又夺占台湾北部，至顺治十八年，侵台荷军已增至2000人。明末清初，台湾人民曾多次采用各种方式，反抗荷兰殖民者的暴行。郑成功于顺治十八年正月，在厦门召开军事会议，决定收复台湾。三月二十三日，郑成功率部2.5万人，分乘战舰120艘，自金门出发至澎湖候风进攻。三十日，他留兵3000守澎湖，自率主力舰队冒雨横渡海峡，于四月初一日抵台湾岛咽喉鹿耳门港外，乘涨潮之机，从荷军未加设防的北航道进入台江，布列舰阵。台湾城（今台南安平镇）上荷军只好出动夹板船到海面阻击，并从赤嵌楼（今台南市西北的镇北坊）炮台发炮拦击。当晚，郑军舰船突过荷军炮火，在禾寮港登陆扎营，将台湾城与赤嵌楼炮台分隔包围。郑军先以60艘战舰（每舰备舰炮2门），包围并歼灭了荷军在海上和江上的舰船，又于初四日迫降赤嵌楼炮台的荷军，进而围困台湾城。经过8个多月的围困攻打，并击退荷兰当局从海上派来的援军后，荷军不支而降。顺治十八年十二月十三日（公元1662年2月1日），荷兰殖民总督揆一在投降书上签字。被荷兰殖民者侵占达38年之久的台湾岛，终于又回归到中国的怀抱，荷兰殖民者从此被驱逐出台湾。郑成功及其部队受到台湾人民的热烈欢迎。

郑成功在收复台湾之战中指挥出色，部署周密，大量使用新式火炮，出现了我国水军舰队首次使用大型舰炮，同敌海上舰队进行炮战和登陆作战的壮观场面，在战术上有新的发展。

3.康熙时期火炮的发展与清军平定三藩、收复雅克萨之战

康熙十二年（1673）十一月，云南平西王吴三桂部、广东平南王尚可喜（尚可喜告老后由其子尚子信嗣）部，福建靖南王耿精忠（耿仲明之孙）部三藩，因反对康熙皇帝撤藩而相继叛清，史称“三藩之乱”。康熙帝玄烨决定用武力平叛，命在清廷郑成功用火炮收复台湾之战台湾人民热烈欢迎郑成功供职的比利时国在华传教的南怀仁（Ferdinand Verbiest，公元1623～1688年），组织工匠制造各型红衣炮，运往前线，至康熙十七年三月，“三藩之乱”被平定。

康熙朝廷于平定“三藩”之后，又为收复雅克萨预作准备。玄烨画像雅克萨位于黑龙江上游右岸，地处水陆要冲，清顺治八年（1651），被沙皇俄国侵略者哈巴罗夫侵占。康熙朝廷为收复雅克萨城进行了各种周密的部署。康熙皇帝玄烨于康熙十年（1671）和二十一年，两次亲临雅克萨巡视，要求当地驻军作好收复雅克萨的备战部署。朝廷也采取了如下措施：首先，决定铸造大型火炮，边铸边运往前线，以为攻城之用。其次，于二十一年八月，命副都统郎坦与彭春（一作朋春），率兵侦察和了解雅克萨的敌情和附近的地形。其三，于二十一年底派兵屯驻爱珲、呼玛和额苏里等地，并准备炮具、战舰，修斥堠，进行屯种，以为进兵基地。

二十四年初，清军备战部署就绪，20门神威无敌大将军炮及其他各型火炮已运至攻城部队中。正月二十三日，彭春至爱珲坐镇。四月，彭春率3000清兵，携大炮及各种兵器，乘战舰从爱珲出发，分两路向雅克萨开进。五月二十二日兵临城下，并向城内俄军致书，历数其侵略罪行，并勒令其退兵雅库。俄军拒绝规劝，企图据城顽抗。二十三日，清军分水陆两路攻城：陆师布列城南，战舰集于城东南，大炮安于城北。二十五日黎明，清军发炮猛轰城垣。激战3日，收复了雅克萨城。当清军退回爱珲后，俄军又于当年底次年初重占雅克萨。二十五年七月，清帝命清军再度围城。八月底，清军用神威无敌大将军炮从四面轰城，800余名俄军仅有60余人幸免。沙俄政府被迫同清政府谈判。

二十八年七月，中俄签订《尼布楚条约》，从法律上肯定了外兴安岭以南的黑龙江流域和乌苏里江以东是中国的领土。此战是清初对外战争中使用大型火炮攻克坚城的著名战例。神威无敌大将军炮此战所使用的火炮主要有下列几种。神威无敌大将军炮，载于车上发射，制于康熙十五年（1676）。1975年5月，齐齐哈尔建华机械厂工人，在该厂发现一门曾在清军收复雅克萨之战中使用过的铜制神威无敌大将军炮。实测数据为：炮长248厘米、口径11厘米、重1000公斤、弹径9厘米、重2.7公斤。炮身镌有满汉文字“神威无敌大将军大清康熙十五年三月二日”，与《清会典图》卷194记载中较小的一神威将军炮龙炮种神威无敌大将炮相近。此炮炮长与口径之比为22.54，属攻城炮。

神威将军炮，制于康熙二十年（1681），载于车上发射。全长6.6尺、口径3.3寸、铅弹重18两。装填火药9两时，可射750尺。炮身有四道箍，两侧各有一个炮耳。炮身镌有满汉文“大清康熙二十年铸造神威将军”等字。长度与径比为20，属攻城炮。有12门运至齐齐哈尔，在收复雅克萨之战中发挥了重要作用。

龙炮，制于康熙二十年，载于车上发射。用铜子母炮制造，长6尺，重370斤。炮身镌有满汉文“大清康熙二十年造”等字。龙炮通常在皇帝亲征时才使用。收复雅克萨之战后，尚有6门存于齐齐哈尔炮库中。

子母炮，清初已有制造，是收复雅克萨之战中清军所用最小的火炮，当时运往齐齐哈尔20门，运往黑龙江与墨尔根各10门。母管呈直筒形，后部有敞口装弹室，用以装填子炮。炮身长8.5尺、重85斤，配子炮4个。炮尾加一木柄，木柄后部俯曲，用铁链链于平板车上，车有四轮，可推挽运行。山海关城楼上藏有一门木把子母炮，炮身长226厘米、口径2.5厘米，与《清会典图》卷194所载子母炮的图形相同。

康熙时期制造与使用火炮的种类甚多，它们既受孙元化所著《西法神机》的影响，又有南怀仁的亲自设计和监造，从而把中国古代制造与使用火炮的技术，提升到一个新的发展阶段。