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秦九韶用了幾天時間,找齊了他寵愛的幾個美妾,雇馬車裝上了他的隨身行李,跟隨沈飛和黃藥師兩人一路到了峴山書院,沈飛大擺宴席慶賀了他的到來。還投其所好,由秦九韶自己設計建築結構,在書院旁邊建了個宅子作為他的住所,和黃藥師的住處很近,方便兩個人經常交流。
秦九韶今年四十歲,曆史上隻活了六十一歲。沈飛不想秦九韶這麼早死,給了秦九韶一顆續命八丸。而且還勸秦九韶也習武,最起碼可以大大延壽,也拿出了五寶花蜜酒說明了功效給秦九韶喝。書院裡習武的風氣很盛,雖然秦九韶年紀已經不輕了,不過按戚繼光的觀點,習武什麼時候都不算晚。秦九韶是非常追求物質生活享受的人,這樣的人也極惜命,幾經勸說,就答應了。沈飛給秦九韶的武功配置也是親傳弟子標準的,秦九韶早年在四川領導過民兵武裝,卷入參加過十一年對抗蒙古的戰爭,本來就擅長弓馬劍術踢球,也是有一定武術基礎的,相信以秦九韶的聰明才智,習武的進步速度也絕不會慢。
《數學九章》是秦九韶利用為母親守喪的三年時間寫成的。江曉原文中評價,如果秦九韶後來不是花費了那麼多時間在追求物質享受和功名利祿上,也許還能在其他學術領域也取得數學上那樣巨大的成就,這也是沈飛勸說秦九韶那段話的由來。把秦九韶聘請到書院去做學術研究工作,正好可以揚長避短,避免他再去浪費時間和搜刮百姓,或許在建築、天文、音樂上也能寫出幾本《數學九章》水平的專著,取得比原先更大的成就,即便是數學上也未必不能再有完善。
數學家吳文俊對比發現中國古代數學代數強,歐洲古代數學幾何強,其實是各有所長。《海島算經》中有一題和《幾何原本》一樣,解法還更加簡便。吳文俊甚至評價晚明的徐光啟被利瑪竇點歪了數學科技樹,放棄了中國數學的強項。
不過中國古代數學有一個缺點,高等數學都是要用算籌進行演算,運算一道複雜的數學題算籌可能要擺滿整個房間,到了明代工商業巨大進步,四則運算需求極大增加,算盤普及取代了算籌以後,不少原來用算籌演算的高等數學方法無法在算盤上複現,導致前代的很多數學專著沒人看得懂而失傳。
歐洲後來則是形成了一套阿拉伯數字和拉丁字母配合,不必用算籌算盤這些工具就可以進行紙麵上運算高等數學的符號。就是在秦九韶的手稿中,也出現了類似符號化的數學表述,如果能完善下去,或許也可以總結出一套擺脫算籌和算盤的紙麵運算高等數學的符號體係。這一點以後沈飛會提點引導秦九韶。
不過沈飛請秦九韶過來更大的原因是想讓他參與改進武器裝備,秦九韶“性極機巧,星象、音律、算術,以至營造等事,無不精究”,其中“營造”一項就可以用於武器的改進和研發。
明係武器,沈飛打算改進的是集束火箭。尤其是車載神機箭,既然這個有明代的“喀秋莎”之稱,那發射車就和“喀秋莎”一樣改成工字形的,多製作幾輛發射車齊射,擊中目標的的概率也大增。
中國火箭傳入印度,後來被英軍繳獲改進,成了康格裡夫火箭和黑爾火箭,康格裡夫火箭曾經也在八裡橋給僧格林沁的蒙古騎兵沉重打擊。這三種火箭最大的區彆就是尾翼,康格裡夫火箭一米多長,卻裝了一個四米多長的平衡杆確保穩定飛行,射程從開始的1800米要改進後的約3600米到4500米。黑爾火箭則是把長長的平衡杆去掉,換成了三片旋轉尾翼,保證直線飛行並增加精度。
中國宋代最初的火藥箭就是在箭矢上綁一個火藥筒點燃推動射出去飛得更遠,箭頭上加上一個火藥包,擊中目標穿透加爆炸形成雙重傷害。改成明代版一窩蜂等集束火箭原理也差不多,更進一步的英國康格裡夫火箭和黑爾火箭主要是平衡飛行和射程上下功夫。
可以改進之處有三點,一是作為推動力的火藥筒裝火藥多少,算上導向杆或旋轉尾翼的效果能把火箭推出去多遠?二是作為戰鬥部的火藥包裝火藥多少?能產生多大威力?三是使用什麼材料?用最簡單的厚紙卷成?或者康格裡夫、黑爾火箭那樣薄鐵皮卷成的金屬外殼?推力不夠或者戰鬥部太沉重都可能飛到中途掉下來,影響射程和精度。
這些就需要反複實驗達到推動力火藥、戰鬥部火藥和彈體本身的重量三者的平衡,製作出裝藥量不同的火箭,康格裡夫火箭就是在多次實驗中不斷增加射程,而且研究出裝藥1磅、6磅、12磅、24磅和最多300磅的各種規格彈體,可陸戰可海戰。沈飛也打算這樣,一點點試多少重量的戰鬥部,配合裝藥多重的推進火藥筒,哪種材料的彈體飛行最遠最穩,製作出不同大小規格的火箭彈。
宋係統武器,猛火油櫃,噴火五到六米,需要的是足夠的石油原料,還有噴20米的水龍,也可以用來噴石油,改造成火焰噴射器。或者噴油和點火分兩個步驟實行火攻。加上各種噴火藥竹筒,可以改進的空間不大。有改進空間的是各種弓弩,比如著名的三弓床弩,北宋曾用三弓床弩600步外遠程狙殺了遼軍統帥蕭撻凜,促成澶淵之盟。史料記載三弓床弩起初射程700步(1050米)改進後最大射程可以到千步(1500米)。
沈飛見過現代愛好者複原後的三弓床弩能以每秒200的初速發射100克的“踏橛箭”,弩矢出膛動能達到2000焦耳,需要由10個人上弦。現代反向弩原理改造過的床弩儲存動能增加一倍,體積能減小一半,拉力超過2噸,在50米距離能身穿6毫米多的鋼板。三弓床弩的三張弓雖然是兩正一反的結構,卻不是反向弩,用反向弩原理改造的三弩床弩會更加強大。
除了反向弩結構增加儲能和射程威力,還可以用滑輪組使上弦更省力。三弓床弩又名八牛弩,意思就是必須要八頭牛才能拉動上弦,複原的需要十個人上弦。作戰時非常消耗士兵體力,體力耗儘就無法發射。用上滑輪組就可以節省很多力氣,晚明天啟七年瑞士耶穌會傳教士鄧玉涵口述、王徵筆譯的《遠西奇器圖說》裡就有定滑輪加動滑輪的滑輪組機械,這和火藥配方一樣,技術門檻不高,隻要一點破就能製造,可以極大提高作戰效果。
除了必須多人使用的三弓床弩,宋代還有普遍單兵裝備使用的神臂弩。沈飛見過現代愛好者複原的神臂弩結構和性能介紹,外形上看隻是弩臂末端加了兩個有滑輪作用的光滑圓環,在扳機的位置增加一個不需要光滑的固定點,弩身,弩臂采用兩倍粗的弩臂。
看到那種“複原”沈飛本來有些懷疑使用了一些非宋代的技術(比如輪滑功能的圓環),不過宋代的製造工藝肯定能完成。而且沈飛現在需要的實戰,不是完全複製出古物,這種加了圓環和固定點的神臂弩射擊初速大概100米每秒的速度,能精確射擊100到150米的目標,對200到300米左右的目標造成威脅,最大射程達到400米到600米。這個性能已經與現代製造的滑輪弩不相上下了。沈飛在上個世界美國買的兩把se公司的tac15狙擊弩了,tac15狙擊弩的初速也不過每舟120米,射程也不過400米以上。宋代弓弩手還配單刀,緊急時隻要一刀把弩弦砍斷就能保持結構機密,即便被敵軍撿走也無法仿製。
宋金元時期包括前代還有一種常用武器,到明代時就逐漸被淘汰了,就是投石機,這時卻不妨也照樣裝備使用並且作一些改進。當時攻防雙方使用的是人力投石機,使用的石彈也最多幾十斤重,甚至是隻追求數量不追求重量,比如西夏的潑喜軍曾經大量裝備的旋風炮,可以裝備在駱駝上機動,比宋軍的投石機更加靈活,發射的就是隻有拳頭大小的石塊,四五斤重的能射五十步,兩斤重的能射八十步,根據不同的戰場需要調整彈種。潑喜軍有300人,裝備50到70門旋風炮,一次性齊射200到300枚石彈,雖然不重,這種打擊密度下殺傷力也巨大。沈飛也打算用這類輕便的投石機發揮鐵殼火球之類,比當作手榴彈單兵投擲更遠,密度也更大,爆炸性武器威力也不是石頭能比的。
大型投石機,曆史上攻下樊城,逼降襄陽的“回回炮”,《襄陽守城錄》記載石彈150斤,射程250步,按一般一步15米計算也不過375米,現代估計回回炮射程391米,總之也不到400米。而明代佛朗機炮的有效射程就達到一裡,最大射程有兩三裡。如果蒙古軍真提前進口“回回炮”,城牆上放上幾門神飛炮(佛朗機)就可以教他們做人,甚至就是騎兵裝備的小一號的虎蹲炮都夠得著,不過這兩種炮都是殺傷人員的,威力能不能摧毀“回回炮”就不知道了。
那也可以用“回回炮”原理和現代技術對宋代的投石機做一些改進,“回回炮”是配重式投石機,用同等重量的物體代替多人合力的絞盤,按製作投石機的大小不同配重可以達到幾噸甚至十幾噸。沈飛見過複原的“回回炮”高三米,長七米,配重通常是石彈的十倍,150斤的石彈配重就是15噸。
現代國外有愛好號把結構改成了浮臂式投石機,臂上的軸可沿水平滑行軌道自由移動,用料一樣,體積可以更小,威力更大,也可以加上滑輪組省力減少操作人數和組裝時間。同樣是3米高的投石機,實驗配重500磅(約226千克),射程能到500英尺(約152米),如果也是配重15噸,能把“回回炮”打出屎來。
這些都是武器改進的思路,不過經過再三考慮,沈飛還是決定隻組建一支300人的南宋版“潑喜軍”,靈活機動的鐵殼火球投石機。反曲弩版改造版滑輪組三弓床弩威力過於恐怖,可能會被彆人用來暗算自己人,就不製造了。浮臂式配重投石機則是隻讓書院弟子在峴山山穀中秘密製造了一架試射了一下,射程和威力已經超過了“回回炮”,以後如果有需要可以再造。隻有圓環改進版的神臂弩製造了一批配發給葵花衛和弓箭手使用。