渡河穿洋說(shuō)船舵

陳巍，理學(xué)博士，現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史研究所副研究員。主要研究科技知識(shí)在古代世界的傳播并把世界連為一體的歷程。喜愛(ài)“上窮碧落下黃泉”，品鑒各個(gè)文明在應(yīng)對(duì)相似問(wèn)題時(shí)展現(xiàn)出的智慧。

如果有人用“見(jiàn)風(fēng)使舵”這個(gè)詞形容你，那可沒(méi)有什么夸獎(jiǎng)贊美的意味。作為成語(yǔ)，它諷刺一個(gè)人立場(chǎng)不堅(jiān)定，沒(méi)有原則。南宋佛學(xué)著作《五燈會(huì)元》說(shuō)“看風(fēng)使舵，正是隨波逐流”，恰好把兩個(gè)近似意思的詞同時(shí)列舉出來(lái)。不過(guò)，如果我們轉(zhuǎn)換成科技角度看待它，眼前卻能浮現(xiàn)出察覺(jué)到風(fēng)向、水流變化后，舵手迅速轉(zhuǎn)動(dòng)舵軸方向，讓船完成轉(zhuǎn)向，從而更好順應(yīng)環(huán)境保持航向穩(wěn)定那種果決、堅(jiān)毅的操作?？梢?jiàn)它還算得上是個(gè)頗有技術(shù)含量的詞語(yǔ)，只是不知為什么，這種對(duì)舵手嫻熟技能的贊揚(yáng)卻演變成對(duì)不良處世風(fēng)格的諷刺。

舵被古人稱頌為“凌波至寶”，幫助人們與急速流動(dòng)的水流搏斗，要想駕馭它并不容易。那么，作為古代船舶上重要的技術(shù)構(gòu)件，船舵在世界不同地方，是如何發(fā)明和發(fā)展的呢？

以槳為舵

舵用在船上操縱和控制航向，其原理近似于魚(yú)在水中擺動(dòng)尾巴。這一點(diǎn)古人早有系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。 《天工開(kāi)物》里曾描述船舵又稱關(guān)門(mén)棒，能夠阻擋水的力量，有了它，不需要約束船頭，就能讓船在激流中擺正。比如要想讓船向北行駛，只需要把關(guān)門(mén)棒向南扭轉(zhuǎn);想要讓船向南行駛，將關(guān)門(mén)棒向北扭轉(zhuǎn)即可。

古代的舵是在船出現(xiàn)很長(zhǎng)時(shí)間之后才出現(xiàn)的，它的發(fā)明意味著船只結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展到更加復(fù)雜和完整的階段。

最初的船只能在淺水區(qū)域或離岸邊不遠(yuǎn)的地方航行，可使用細(xì)長(zhǎng)的篙推進(jìn)前行或讓船掉頭或轉(zhuǎn)向。在深水區(qū)航行的船常用槳推進(jìn)。船的規(guī)模越大，需要的槳手越多。船只改變航向，可以通過(guò)船只兩側(cè)劃槳速度的差異實(shí)現(xiàn)。對(duì)于大船來(lái)說(shuō)，既要推進(jìn)又要控制航向，是一項(xiàng)需要協(xié)調(diào)許多人共同行動(dòng)的任務(wù)。

為便于船只轉(zhuǎn)向，一個(gè)辦法是讓槳手進(jìn)一步分工，少數(shù)人在船尾專司航向。這種技術(shù)在中國(guó)先秦時(shí)期或已出現(xiàn)。春秋末年位于東南水鄉(xiāng)的吳越爭(zhēng)霸期間，吳國(guó)所造戰(zhàn)船“大翼”有棹手，即槳手50人，另有居于船尾“舳艫”的3人。這3人很可能與推進(jìn)槳手互不干擾，負(fù)責(zé)操縱尾槳。從南方多地出土的漢代木船模型上則能看到這種設(shè)置的實(shí)例。

中國(guó)以外這種以槳轉(zhuǎn)向的技藝出現(xiàn)得更早。古埃及公元前3100年供法老等貴族在尼羅河上游玩的大型船只上就出現(xiàn)了專司掌握方向的劃槳，操縱它們的槳手每側(cè)可能多達(dá)5人。后來(lái)它演變?yōu)殡S龍骨穿過(guò)整條船，位于尾部的單一轉(zhuǎn)向槳。這種槳舵在古埃及沿用了很長(zhǎng)時(shí)間，并逐漸流傳到近東地區(qū)以航海聞名的腓尼基人、現(xiàn)在的伊朗地區(qū)和古希臘和古羅馬，乃至摩亨佐達(dá)羅等印度河流域遺址也有發(fā)現(xiàn)。

雖然轉(zhuǎn)向槳具有操控船只方向的功能，但它還不是真正的舵。它與尚未發(fā)展成熟的船帆在操作中是相沖突的，故仍是近岸航行傳統(tǒng)的體現(xiàn)。不過(guò)，如果它進(jìn)一步增加表面積，或者開(kāi)始與船體進(jìn)一步相連，就具備了逐漸演化成舵的條件。

曾一枝獨(dú)秀的中國(guó)舵

目前所知最早的舵出現(xiàn)于2 000年前的漢代。廣州東漢墓葬發(fā)現(xiàn)過(guò)l件船尾有舵的陶船隨葬明器，其特點(diǎn)是舵桿位置在舵面中部，舵面呈不規(guī)則的四方形，槳葉面積比操縱槳大幅增加。它還殘留著以槳帶舵的痕跡，外形和結(jié)構(gòu)還處于原始形態(tài)，學(xué)界稱之為拖舵。根據(jù)此器物可推測(cè)當(dāng)時(shí)舵在實(shí)用中并不罕見(jiàn)。東漢末年劉熙在《釋名》里解釋“柁（舵）”說(shuō)： “其尾日柁。柁，拖也。在后見(jiàn)拖曳也。且言弼正船使順流不使他戾也”，雖未及舵的形狀和構(gòu)造，但講解了位置和作用，為當(dāng)時(shí)舵的普遍使用提供了文獻(xiàn)證據(jù)。

拖舵到初唐時(shí)還很常用。到盛唐開(kāi)元年間（公元713-741年），著名畫(huà)家鄭虔的一幅山水畫(huà)中展現(xiàn)了轉(zhuǎn)軸舵的形象。它的舵柱垂直入水，舵葉面垂直于水面，可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，是真正意義上的船尾舵。

宋代舵已變得相當(dāng)成熟，且轉(zhuǎn)軸舵得到普遍應(yīng)用。 《清明上河圖》里的船舶尾部轉(zhuǎn)軸舵上還能觀察到升降索和絞車，這意味著它們同時(shí)是能夠隨水的深淺而升降的升降舵。當(dāng)船在深水中行駛時(shí)，舵葉降下，可以提高舵效，又能提高抗橫向漂移的能力。在淺水區(qū)，又可以升起以使舵葉獲得保護(hù)。為避免活動(dòng)的舵葉被巨大風(fēng)浪沖擊掉，古人在其下端拴上經(jīng)過(guò)船的底部到達(dá)首部的肚勒，由絞車?yán)o并且加以固定。明朝鄭和下西洋寶船上的舵，舵桿長(zhǎng)達(dá)11.7米，為了升降這樣大體積的舵，舵樓上還安上了轱轆。

北宋末年出現(xiàn)了一船多舵的設(shè)計(jì)。1124年出使朝鮮的徐兢記載船舶在近海航行的時(shí)候，使用大、小兩種主舵，根據(jù)水深更換，在進(jìn)入大洋的時(shí)候，一主舵和兩副舵可以同時(shí)使用，以便更好控制海船。

此時(shí)的轉(zhuǎn)軸舵也已發(fā)展為當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)、直到現(xiàn)在仍在使用的平衡舵。平衡舵的舵桿朝向船頭的方向上也有一部分舵葉，舵力的作用點(diǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)軸更近，從而使轉(zhuǎn)舵更為順利。它最早見(jiàn)于天津靜海出土的宋船。其舵桿垂直入水，舵葉分布于舵桿前后兩側(cè)，由一大一小兩塊三角形組成。在船尾后方，設(shè)有一根斜向伸出的滑輪組件，與舵葉頂端通過(guò)繩索相連。繩索提供拉力，可以輔助使原本不對(duì)稱的舵桿兩側(cè)向平衡趨近。

五代至宋初畫(huà)家郭忠恕所繪《雪霽行江圖》，以及北宋畫(huà)家張擇端所繪《清明上河圖》中呈現(xiàn)了改進(jìn)的平衡舵。吊舵孔沿著舵桿后葉上緣向后移動(dòng)了一段距離，從而加長(zhǎng)了吊索拉力在垂直于轉(zhuǎn)軸方向的分力力臂，減小了平衡狀態(tài)下繩索提供的拉力，隨之轉(zhuǎn)舵所受摩擦力也相應(yīng)減小，這使得轉(zhuǎn)舵更加輕松。

古代的平衡舵多見(jiàn)于在狹窄擁擠內(nèi)河航行的船只，需要較高機(jī)動(dòng)性，較大舵葉面積可提高舵效。而長(zhǎng)江下游水域和沿海港口的大中型船舶，多使用回轉(zhuǎn)性和機(jī)動(dòng)性不高，但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)的不平衡舵。可見(jiàn)對(duì)于不同需求，當(dāng)時(shí)船舵設(shè)計(jì)出現(xiàn)了明顯分化。

宋代還有一種開(kāi)孔舵，其特點(diǎn)是舵面上有許多小孔，這樣的設(shè)計(jì)也可以起到轉(zhuǎn)舵更省力的效果，而且在水的表面張力作用下，也不會(huì)對(duì)舵的性能造成影響。開(kāi)孔舵在作為古代四大船型之一的廣船上被普遍采用，多見(jiàn)為菱形孔。

舵在國(guó)外

中國(guó)古代船舵的發(fā)展對(duì)后世造船與航海技術(shù)產(chǎn)生影響。10世紀(jì)末阿拉伯地理學(xué)家記載了船只在波斯灣航行時(shí)，依靠舵手拉動(dòng)繩索操縱船舵轉(zhuǎn)向躲避礁石的狀況，這是對(duì)帶有舵的船只在印度洋航行的最早記錄。13-14世紀(jì)的馬可·波羅等旅行家也描述了用舵航行的印度洋船只。13世紀(jì)，歐洲船只也出現(xiàn)了并不完善的轉(zhuǎn)軸舵。例如1242年德國(guó)埃爾賓城的徽記中顯示的寇格（ cog）船上，船尾僅有1個(gè)很窄的舵。直到14世紀(jì)引入垂直尾舵等設(shè)計(jì)之后，平衡舵等裝置才為歐洲人的大洋航行作出突出貢獻(xiàn)。

開(kāi)孔舵于1901年在西方首度進(jìn)入實(shí)用。它解決了此前西方用煤作燃料的魚(yú)雷艇在全速航行的時(shí)候卻無(wú)法轉(zhuǎn)舵的難題。直到機(jī)械舵機(jī)和流線型舵出現(xiàn)后，開(kāi)孔舵才逐漸退出了歷史舞臺(tái)。升降舵思想的引入則直接促進(jìn)了飛機(jī)的出現(xiàn)。在萊特兄弟之前，德國(guó)工程師李林塔爾就發(fā)明了滑翔機(jī)，美國(guó)發(fā)明家蘭萊在飛機(jī)上安裝了發(fā)動(dòng)機(jī)，但他們一人在空中喪命，一人墜海犧牲。這種困境在萊特兄弟于飛機(jī)前方安裝升降舵，從而有效控制飛行過(guò)程中的俯仰才予以解決。

此前不少學(xué)者曾認(rèn)為西亞和歐洲地區(qū)的船舵是由中國(guó)旅行者傳播而得的，不過(guò)不同文化的船舵在一些細(xì)節(jié)上仍存在差異，這表明關(guān)于船舵的發(fā)展與傳播過(guò)程還有許多未解之謎。但無(wú)論如何，轉(zhuǎn)軸舵是中國(guó)古代造船技術(shù)中最重要的發(fā)明之一，它出現(xiàn)后，又歷經(jīng)長(zhǎng)期后續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步衍生出許多創(chuàng)新。為什么最初造船航海技術(shù)并不算發(fā)達(dá)的中國(guó)會(huì)最早出現(xiàn)舵，這一現(xiàn)象也值得我們深思。