书城自然科学乘风御波:海上探险与航海佳话
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第4章 船的发展(1)

船,一个最能体现人与海洋相依相生的工具,从出现到发展,处处显示出人类驾驭海洋日趋成熟的痕迹,从远古筏的诞生到现代高端潜艇的问世,船究竟经历了一个怎样的历程?下面就让我们一起去探寻船成长的足迹。

筏的出现

人类的祖先经过多次实践,将两三根或更多的树干用藤或绳捆绑起来,就成了人类早期的一种渡水工具——筏。

史料上使用筏的记载很多。例如,我国战国时期,越王勾践令2800多人伐松柏做筏,自会稽(今浙江绍兴)沿海北上,迁都琅琊(今山东诸城),这是一次大规模使用木筏的海上运输活动;《诗经》中说:“谁为河广,一苇杭之”,意思是说,谁说黄河宽啊,一个苇筏就可以渡过去。

古代埃及人利用尼罗河流域盛产的一种叫纸莎草的植物,先将其捆成一个个小的草束,再将若干草束绑扎在一起制成筏。时至今日还能见到这种筏的古老身影。南美迪迪喀喀湖畔的居民还在使用这种筏,它是把芦苇捆扎成草束,五个草束再捆扎在一起而成。

我国南方盛产竹子的地方,自古以来人们就一直使用竹子编成的竹筏渡水。

古代还有一种皮筏,它是将牛羊皮晒干、浸油,缝合成袋,然后充气或充填羊毛,将若干个这样的袋固定于木制骨架之下而成。少者6~12只,多者达500个编成。

有了筏,人们再也用不着半身浸在水中抱着树干、芦苇和葫芦等渡水了,可以利用各种编制的筏去渡水、捕鱼、水上运送物资,以及躲避洪水猛兽的袭扰等。

筏,具有取材容易,制造简单,稳性好,装载面积大,能穿过急流浅滩等优点。所以,就是在水上交通运输工具高度发达的今天,筏仍有它独特的用处。

不论中国或外国,有些地方至今仍在制造和使用独木舟。例如:我国贵州省清水江一带苗族的龙舟,一直是用两人合抱的杉树或梧桐树挖制而成,两舷侧各并联一只小独木舟以增加横稳性;泸沽湖的纳西族摩梭人的独木舟就有三种之多;广西有的河流中至今还可见到摆渡用的独木舟;台湾的高山族人至今也还有使用独木舟的。

木板船与风帆

人们对独木舟和筏不断地进行着革新,结果出现了新型的木板船。由独木舟和筏发展到木板船,这是造船史上的飞跃。它开辟了航海史上的新时期。

木板船的出现可能是很久远的事了,至少不能晚于夏朝(约于公元前21世纪建立),在河南偃师县的二里头夏代遗址中,考古学家发现了夏代的铸铜和冶炼作坊,及青铜锛、凿等工具。说明由于金属工具的出现,夏代生产力进入飞跃发展阶段。这时也有了规、矩、准绳等木工生产工具。夏朝建造木板船的条件是不成问题的。据传说,黄帝的大臣共鼓和货狄发明了舟,颛顼发明了桨、篙,帝喾发明了舵和橹,尧发明了纤绳等等。我们可以知道这些航海工具是在长期实践中劳动人民集体智慧的结晶,不是哪一个人的独创。

造船业的发展是生产力发展的必然结果。到了商代,奴隶们已能制出重达875千克的有精细花纹的后母戊大方鼎了。从商代的遗址看,当时已能建造宫室、楼房、城墙,有锋利的青铜切削锯刻工具,用青铜制成的斧刀、锯、凿等生产工具的广泛使用为制造大批木板船成为可能。

随着生产的发展,产品有了相对过剩,接着就会出现商品交换和货币。1980年,在河南偃师县二里头夏文化遗址中发现了12枚仿制的骨贝和石贝,说明夏代就已有了商品交换。到了商朝,已能利用舟船进行商业活动。据上海博物馆所藏殷商时饕餮纹大铜鼎的一个铭文“荡”字,可知当时商品交换和水上运输的关系。这个字形是告诉人们在木板船上乘着两个人,其中一个人以手执楫在撑船,一个人挑着贝币或货物。说明当时生产和交换的发展已需要经常使用木板船了。在河南安阳商朝遗址及墓葬中都出土过许多海贝、象牙、鲸鱼骨,这些都是海中产物或海外交换而来的产物,再从甲骨文的几个舟字字形分析,商朝的船只已脱离了独木舟阶段而进入木板船阶段。

伴随着木板船的产生,它的缺点也日益凸显出来,就是抗风能力较差,于是帆应运而生。

关于帆的发明。传说夏禹作帆。禹是受到一种叫鲎鱼的启发。鲎鱼的形状很奇特,身体扁而宽,眼睛长在背上,嘴长在肚腹之下,而背上生有高2米多的鳍。每当有风吹来的时候,鲎鱼的鳍就高高挺起,它能借助风力前进,没有风的时候,它的鳍就收拢起来了。在鲎鱼鳍的启发下,人们就发明了帆。不论自然界是否有这种借助风力游泳前进的鲎鱼,但是帆的发明,肯定是古代劳动人民聪明智慧的表现,是劳动实践的结果。他们已知道借助自然风力帮助自己的航行了。这是生产力发展到一定水平的结果,也是社会生产生活的需要。恩格斯说:“社会一旦有技术上的需要,则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”

威武雄壮的帝王楼船

汉代我国造船技术已经成熟,有船尾舵和高效率的推进工具——橹。最能说明汉代造船技术高超的是楼船。楼船是水军的代称,也是对战船的通称。如把水兵称为楼船卒、楼船士、水军将校称为楼船将军、楼船校尉等。元狩三年(公元前120年)汉武帝下令在长安城西南挖建了方圆40里的昆明池,在池中建造“楼船”。船上能起高楼所以叫楼船。这是汉代重要的战船船型。“楼船”的出现是汉代造船业高度发展的重要标志。楼船高十余丈,分三楼层,“楼船”上设备齐全,已使用纤绳、橹、帆、楫等。楼船的四周还插满战旗,威武雄壮。的大小直接决定单舰所能容纳的水手和战士的数量以及舰船的撞击力,所以楼船在古代很大程度上担任了水战主力舰只。但由于船只过高,重心不稳,故多在内河水战中担任主力。

汉武帝从其强大的水师完成了对东瓯(今浙江省东南部)、闽越(福建部分地区)、南越(广东广西部分地区)等地方封建割据政权的统一,巩固了海疆,为东南与南方沿海航路的畅通打下了基础,从而开辟了海上丝绸之路。

国外早期的木板船

木板船是奴隶社会的产物,世界上哪些国家和地区较早进入奴隶社会,哪里的木板船就出现得较早。古埃及在公元前3000年左右就建立了奴隶制王朝,因此木板船在该地区也出现得较早。

公元前3000多年前,古埃及人就会造木板船了。早期埃及的木板船是为尼罗河上的运输而建造的。船的首尾高高翘起,适合于靠岸和在滩多的河流上航行。船的特点是容量大、吃水浅,不易搁浅。公元前2600年埃及法老基奥普斯墓里有一只墓葬船,是一艘木板船,它的船型与纸莎草船筏一脉相承。这艘船出土时已碎成600多块。经复原,船长43.4米,宽8米,载重近40吨,两舷侧木板厚0.13~0.14米。吃水很浅,可见当时埃及已有较大的木板船在地中海沿岸一带进行贸易运输。当时的木板船上设有多支桨,还有一张方帆,船尾有3~5对长桨当做舵用,用它控制航向。

在公元前2500多年前的古埃及第三王朝墓壁上,画有一只内河船,船身狭长,首尾上翘,船中部偏后处有房舱。船的主要动力是靠两舷的奴隶划桨手操桨,船首有一名撑篙手,船尾有3名操舵桨的舵手。图中还见到一个奴隶主监工,手执皮鞭,在船中央的步桥上来回巡视,一副凶狠丑恶的形象。船上还备有一可竖起和伏倒的人字桅,有风时可以竖桅张帆航行。

埃及曾发掘出土过一条公元前1800年前的木板船,船长11米,宽2.6米,没有龙骨和肋骨,而由一条条木板通榫和木钉拼接而成,最长的木块长约6米。

公元前1570~前1085年是古埃及新王朝时期,在代里尔巴哈里发现了当时的石印浮雕。浮雕记述了埃及女王海特谢博派往蓬塔的探险队。从上面可看到航行于海上的大船,其中一块浮雕记述了用大船运送两个巨大的雕刻石碑场面,通过尼罗河运到凯尔奈克。每个石碑大约重350吨,30米高,可见驳船是相当大的。船上用8个圆草捆一个接一个地捆在船头,划桨手坐在伸出船舷两边的三排横板上。每舷尾部有2个舵桨用于操纵航向。这艘大驳船由27只小船拖曳前进,每只小船上有30名划桨手,共有810名划桨手。

古埃及人造木板船的技术是承袭和发展了古代捆扎纸莎草船的方法以搭接和捆扎为主,绳索的运用十分巧妙。最大的船能承载700吨货。这时船上的桨和帆也有所发展。船桨加长,船舷上有固定的桨座;船尾当舵用的长桨也设有固定架支持。桅杆是2根树杆合并成的人字形,可放倒,桅的支点设在船的前部,用前后桅索使其竖立或放倒,并使舵杆稳固。帆索可调整帆的面积,以控制船的航速。桨和帆可同时并用以增加航速。

腓尼基位于地中海东岸,傍依黎巴嫩山,即现今叙利亚的沿海一带。那里的人民祖祖辈辈以捕鱼为主,被称为“海上民族”。公元前2000年前腓尼基就出现了木板船。早期腓尼基的木板船很像当时的埃及船,但改革了桁索,看上去更加结实牢靠。船舶尺度较大,桅杆耸立在船的中央,船舷上有保护栏杆。到公元前1000年,腓尼基船已形成了船首、中、尾、底部都呈圆形的船。在以后几个世纪里,地中海的海上运输大多采用这种船型。腓尼基人对埃及纸莎草船型做了改进,船身变得短而宽,首尾基本竖直,有粗大的龙骨、肋骨和首、尾柱;船中部装单桅方帆,并配有少量辅助划桨,帆是主要的推进动力。

腓尼基人还发明了双层桨和三层桨战船。其特点是船身长而瘦,桨作为主要推进动力,有时辅以风帆。划桨手都是面向后坐立划桨。在船尾舵手的指挥下,动作一致地划。这种船操纵起来机动灵活。通常这种战船在船首底下,装有突出船首并略微上翘的尖锐冲角,用在作战中船以高速冲毁敌船船体。但腓尼基战船的吃水很浅,不大适应在海上作战。

中国古代造船技术

1.科学合理的船型

中国从春秋时期开始,就能建造出几十种适合不同用途和不同航区要求的船舶。以后一个朝代胜过一个朝代,到明代初期木质帆船技术发展到鼎盛。

航行江河的船舶不一定适用于海洋。海洋上水面宽广,风急浪高,船的升沉运动和摇摆运动比在江河中激烈得多,而且不同的海区其深浅、底质、风浪情况等也有差别。为适应在风大浪高的海洋航行,中国古代造船工匠们经过长期的实践,并结合各种海区的特点,设计出很多优秀的船型。归纳起来,有四大著名的船型——沙船、福船、广船和鸟船。特别是前三类海船最负盛名。

沙船,适合长江口以北,特别是江苏省沿海和渤海浅水海域使用。因走北方海区浅水航线,善于行沙涉浅而得名,它是中国平底海船的典型,也属中国最古老的海船船型。

福船与广船都是南方海区深水航线的著名尖底船,它们都是在平底船的基础上经过船体结构改建而成的,与西方带龙骨的两端上翘的船型完全不同,因而只需要给沙船贴造重底就可改造而成。

鸟船,因其船首形似鸟嘴而得名。鸟船又属福船型的小型快速海船,盛行于浙闽地区,常作为战船使用,无风时用桨,有风时用帆,适于作沿海航行,不宜作远洋航行。

2.先进的连接技术

在中国古代木船的建造工艺中,钉接榫合技术是当时世界上一种先进的连接工艺。众所周知,造船最重要的是结构强度,坚实的船不仅取决于好的结构材料,而更重要的是怎样连接。连接方法不同,船体结构强度就大不一样。即使材料很好,但连接不好,造好的船也经不起风浪;对于水军中的战船,则更是如此。

《清明上河图》(宋代画家张择端画的一幅长卷名作)中描绘的客、货船上铁钉的钉眼明显可见,显然是一种艺术上的夸张,但也说明作者对当时船舶的构造和连接方法,做过细心的调查和了解,否则是不可能如此详细地描绘出船体的钉接结构的。

海船的舷侧板和底板,也要有足够的强度,才能经得起风浪的冲击。而泉州宋代古船舷侧上部板的总厚度达18厘米,分为3层,其下一直到龙骨的整个底部壳板较薄些,是用两层木板制成。这种设计有其科学道理:尖瘦的船体外壳弯曲变化的程度大,特别是船体首尾两端更为突出。板厚到一定程度后,不仅施工比较困难,而且容易折断,如果分成几层,不但同样能保证结构强度,而且便于施工,维修也容易。至于舷侧板比船底板厚,是因为甲板上开有许多舱口,以致船体上部的强度较弱。因此,用增加增大大与舷侧板厚度的办法来加强它。船壳板的连接方法是搭接与平接结合使用的,壳板的上下左右之间大都采用榫合,板与板间用铁钉钉联。板缝间塞以麻丝、竹茹和桐油灰捣成的混合物,这是中国古代造船中独创的一种缝的方法,对保证木质船壳的水密性十分有效,一直沿用至今。

3.水密隔舱术

宋元时期,在西太平洋和印度洋中,中国、印度、阿拉伯各国的船舶乘风破浪,西往东来,呈现出远洋交通的盛景。说来奇怪,同是海船,在触礁船壳破裂的情况下,外国船舶很快就进水沉浸,唯独中国船舶虽也进水,但不多,仍能继续航行,驶抵口岸卸货后,加以修复,再继续使用。其中的奥妙就在于中国的船舶中设置了水密隔舱。它为各国造船家和航海家所赞叹,蜚声世界。

所谓水密隔舱,就是用水密隔舱板把船体分隔成互不相通的一个一个舱区,这是中国古代造船工艺上的一项重大发明。

水密隔舱的设置,具有多方面的优越性。首先,由于舱同舱之间是严密分隔开的,在航行中,特别是在远洋航行中,就是有一二个船舱破损进水,水也不会流到其他船舱,而不会使整个船沉没。如果进水太多,船支撑不了,可以采取抛弃货物,减轻船的负载量,也能减慢船的下沉速度,争取时间把船驶到附近的港口,进行修补。但是,没有设置水密隔舱的船舶,情况就完全不一样了,只要船底外壳撞破一个洞,水就会涌进船舱,而后漫流到全船。因此,水密隔舱的设置提高了船舶的抗沉性能,增强了人员和货物在远洋航行中的安全性。

其次,船上分舱,对货物的装卸和管理比较方便。不同的货主和不同的货物都可以分别放装到各个不同的货舱内,不至于将不同货主的不同的货物放混,既便于装卸货物,又便于管理。

第三,由于隔舱板同船壳板紧密钉合,按船舶的大小长短,少则有五六道隔舱板,多则有一二十道隔舱板,这样就增加了船体的横向强度,提高了船体结构的坚固性。

由于水密隔舱具有上述的优越性,因此问世以后不但在国内长期推广应用,而且还流传到国外,被各国陆续采用推广。