在廣州出土的東漢陶船,距今已近2000年,在其尾部正中位置上已經有了舵,這個舵比操縱槳槳葉的麵積寬大很多,還殘留著以槳代舵的痕跡。但從世界範圍來說,它是最早的舵。到了12世紀末,相當於我國南宋時期,在西方教堂的雕刻上才出現了歐洲最早的舵。
宋元時期,中國社會經濟高速發展,海外貿易步入高峰,內河運輸的規模也遠勝前代,這一時期造船技術也發展到空前水平,各種不同的舵相繼出現。《清明上河圖》以寫實手法描繪了在都城的運河汴河上行駛的20多條客船、貨船、漕船和渡船,體現了當時內河船高超的造船技術,同時可以看出沿用至今的先進舵型,在當時已經被普遍運用。從這些作品和後來人們仿製的模型上,能看出古代聰明的造船者,根據不同水域,為舵設計了不同的外型。
古人們發明的舵,最通用的有三種。
一種叫平衡舵,它的特點是舵杆安插在舵葉的中間,舵杆前後都有舵葉,轉動起來會省力。平衡舵是當時世界上最先進的舵,至今在全世界仍應用最多。1978年,在天津市靜海縣出土了一條北宋末年的木船,這條船的船尾就設有平衡舵。
另一種是升降舵,它的特點是能升降。當船進入淺水區域,舵就升上來,以免受損;當船行進中不需要改變方向時,舵也升上來,能減少阻力。當需要改變航向時,舵降到最低,這樣舵效最高;有風浪時,舵葉降至最低,可以減輕船體的搖晃和隨風飄泊。1974年在福建泉州海邊出土了一條南宋末年的海船,它是13世紀世界上最先進的遠洋貨船。船舵的舵承座上有孔,舵孔壁有點傾斜,但是它是一種豎舵。現在雖然沒有發現這艘海船的舵杆、舵葉,但是上麵發現了絞車的一段,這說明它是升降舵。
還有一種舵叫“開孔舵”,舵上有許多小孔。一般情況下,小孔不會影響舵控製航向的作用,但它卻能使舵在水中轉動起來時更容易。1901年,“開孔舵”才傳到西方。
舵的出現,在船舶發展史上是一件具有重大意義的事,它與風帆、指南針一起,組成了保證船舶安全航行的三大條件。
來自大自然的動力——風帆
風帆是借助大自然中的風力作為動力,推動船航行的一種工具。唐代大詩人李白曾寫出“長風破浪會有時,直掛雲帆濟滄海”的詩句,以表達他期待著依賴時運大展宏圖,就像帆船依靠順風直達彼岸的心情。
世界上最早的風帆船是古埃及的方帆船,距今已有3000多年的曆史。最早的風帆比較簡單,就是在船上豎一根桅杆,掛上一個帆,風作用在帆上,帶動船前進。因此,那時人們希望一出海就是順風,一口氣給送到目的地,故有成語“一帆風順”之說。
世界上最先進的風帆是中國人發明的硬帆。它是世界上獨一無二的。所謂硬帆,就是帆麵上每隔一段距離就有一根橫梁,用竹子穿插其中。船帆的材料有布,有綢,特別還有一種用竹、篾或蘆葦葉編織的席子,其共同特點是使用竹條作骨架。這種帆能根據風向調整角度,能最有效地利用風力。在航海中遇到正順風的情況並不多,一帆風順隻是人們的一種願望。但硬帆則不同,如果遇到側風、橫風與前側風,硬帆都能夠根據風向,調整帆的角度,充分利用可能利用的風力,同時利用船舵巧妙控製航向,克服橫向飄流,通過讓船隻在水麵上走“之”字形,最終使船按預定航向前進。“船駛八麵風”、“八麵來風”就是說我國的硬帆哪個方向來的風,都可以接受為動力。成語“見風使舵”更是說明了帆與舵必須密切配合,體現了駛帆技術的精要。
中國的硬帆還有三大特點。一是升降便捷,操作簡單。它的張掛當時都是靠滑輪,還有絞車,再加上繩索構成了一個操作係統,水手在甲板上很簡單地就可以升降;二是可調整帆的麵積。硬帆拉上拉下,就像百葉窗簾一樣,可隨意增加或減少帆的麵積,風大時可以少張幾張帆,或升帆於桅杆之半,偶遇驟風可迅速解纜降帆,風變弱時可以把所以的帆張開;三是帆用竹條繃緊,從空氣動力學的角度來說,效果更好。如果風帆鼓脹太大引起了過多風的湍流,就會使航行的速度減慢。李約瑟指出:“中國的平衡四角帆的確是人類利用風力方麵取得的第一流的成就。”
當歐洲人,尤其是葡萄牙人來到中國之後,很快就領會到了中國硬帆的諸多好處了。他們把中國的硬帆用到了西方的老閘船上,形成了一種新的老閘船。
風帆曾經在世界上風靡一時,為內陸航運特別是航海作出了重要的貢獻,它的出現曾經使人類告別了人力船時代。但到十八、十九世紀,由於機器船的出現,古老的木帆船時代也就宣告結束,美麗的風帆也僅僅留在了詩句和成語之中。
木船的安全神——水密艙
傳統的中國木船,一旦船底某處被碰破一個洞,它也不會浸水沉沒或出現其他大的危險。這使得中世紀造船業也很發達的阿拉伯地區和地中海沿岸的人們感到大為驚訝,不知道中國人有什麼魔力能做到這一點。
是什麼緣故呢?奧秘在於中國木船在船底有一個水密艙。中國人在造船時,把船底用木板分隔成彼此密封的空間,這種結構叫做水密艙。船底某處被碰破一個洞,水進入水密艙後又被擋住了,進入不了船內,所以不會出現危險。水密艙是中國人在造船技術上的又一大發明。
中國人是如何發明水密艙的呢?有兩種不同的觀點。
世界著名的中國科技史專家李約瑟認為,中國人是受了當地竹子的啟發而發明水密艙的。竹子有很特殊的結構和很好的功能,就是它內部的一個個竹節,竹節把這個格和那個格完全很密封地隔開了,而且強度很高,使得彼此之間不漏水。中國古代的造船人受到竹節的啟發,然後就做出了水密艙。
中國的學者大多數則認為,水密艙源於獨木舟的橫梁。甲骨文的“舟”字,形狀就是一個帶有橫梁的小船,橫梁的目的是加固船體。後來船越造越大,橫梁加高,就成為立式隔板,隔板的目的首先是為了加固船體。後來古代的造船者又將遇風很快硬化的桐油,拌以麻絲、石灰等,製成撚料,用它將隔板之間的縫隙加以密封,由此發明了水密艙。
不管水密艙是如何發明的,但它是中國人的傑作則無人非議。
水密艙發明的年代一直也沒有定論。從揚州出土的一條唐代木船裏麵已明顯看出來,當時已經有水密艙了,這是最早的實物證明。這說明水密艙發明於唐代之前。在宋代出土的海船上可以看出水密艙已經發展得很完善了。它總共有13個隔艙板,因為船大型化以後,隻有一根梁,橫向方麵和結構力量是不夠的,它必須發展成為一個麵,就是整個一個艙板,隻有這樣才有可能使整個船結構牢固。
有一個宋代船模型的原件是福建泉州灣出土的宋代遠洋貨船,人們所能看見的隻是這條貨船殘留的一個底部,所幸的是13個水密艙清晰可見。
中國的古船由於有水密艙技術,在世界上很受歡迎。馬可·波羅在他著名的遊記中寫到:當時阿拉伯人造船,是用椰子皮編成繩子,捆紮船板,這種縫合式木船,船體脆弱,抗風浪能力差。歐洲人一直使用單層木板造船,一旦觸礁全船進水。中國木船有水密艙,如果船底被碰破一個洞,某個艙進水,其他艙不會受到影響,不至於全船沉沒。所以當時的阿拉伯商人從事遠洋貿易時,都願意乘坐中國的海船。
今天,現代輪船一直在使用我們祖先發明的這項水密艙技術。