火药是中国古代四大发明之一。在早期火药应用上，古代中国的最大贡献，一是创制出世界上最早的铁壳爆炸弹“铁火砲”（又称“震天雷”），这是现代一切炸弹的鼻祖；二是创制出世界上最早的金属管射击火器铜火铳，这是现代一切枪炮的鼻祖。
而最近的考古新发现证明，中国早期火器的这两个重大突破都是在13世纪取得的，这一时期也是中国早期火药火器技术发展并影响世界至关重要的年代，有许多问题值得深入探讨。
南宋铁火砲的发现与价值
目前普遍的观点认为，古代中国大约是在唐代后期、不迟于公元9世纪之初已经发明了火药。最初的火药技术被炼丹家们所密守，直到北宋初年即大约10世纪后期，文献中才出现火药应用于军事、创制火器的明确记录。此后直到12世纪末，在200多年的实践中，早期火器以纸、麻、竹、木等非金属材料制成，主要用于战争中实施燃烧、火攻。当时最主要的火器，一是火药箭（简称“火箭”），它在箭矢前端装置火药球，用弓弩发射；二是火毬，即球形火器，主要通过抛石机发射。这些火器用纸麻等材料制作，一些火毬中团入了铁蒺藜、碎瓷片等物，球体烧尽后可撒布于地面形成通过障碍。需要特别指出的是，宋元时期也把火毬称为“火砲”，因为古人称抛石机为“砲”，所以就把发射火器的抛石机称为“火砲”，进而又把抛石机发射的球形火器本身也称为“火砲”。就今所知，宋元时期文献中的“火砲”一词多指球形火器或是发射火器的抛石机，直到明初才渐用“砲”或“火砲”指称大型管状火器。
重庆合川钓鱼城。资料图片
进入13世纪，中国早期火器有了重大进步，开始把火药与金属材料结合，首先是创制了铁壳爆炸弹。这种炸弹主要也是用抛石机抛投，时人称之为铁火砲，以区别于纸麻材料制成的火砲（即火毬）；因其爆炸时巨响如雷，时人又形象地称之为“震天雷”。
文献中对铁火砲的最早记载，见于南宋赵与褣的《辛巳泣蕲录》：南宋嘉定十四年（1221年），金军攻宋蕲州（今湖北蕲春），战斗中大量使用“铁火砲”，“其形如匏状而口小，用生铁铸成，厚有二寸，（爆炸）震动城壁”。所谓“厚有二寸”，应是指铁弹的横向整体最大宽度（以口和底相对为纵向）。赵与褣是这场战事的直接参与者，其书是对亲身经历的记录。当时守城的宋军尚无这种武器，此战之后，这种新式火器很快推广开来，宋军也大量制造使用，于是在宋金战争、蒙金战争、蒙宋战争以及元军攻日本的战争中，铁火砲都被大量运用，在古文献中留下了丰富的记述。宋元时期这种铁壳爆炸弹的使用方式，主要是用抛石机抛射，也可以由人手投。据南宋景定年间（1260年－1264年）成书的《景定建康志》记载，铁砲壳重量有三斤、五斤、六斤、七斤、十斤等多种（宋代一斤约合现在633克），砲壳有大有小，装药亦有多有少。然而，由于铁火砲的实物长期未被发现，直到21世纪初，今人都没有见过铁火砲的可靠实物，更无法对其进行切实的研究。
钓鱼城的铁壳火雷
2013年以来，重庆文化遗产研究院在对重庆地区两个南宋时期的古城遗址——钓鱼城遗址和白帝城遗址进行的考古发掘中，出土了一批南宋时期的铁壳火雷，大多高约10厘米，壁厚约1厘米，状如椭圆的球形，有完整和较完整的，也有碎片。2018年7月，在重庆合川举办的第三届钓鱼城国际学术会议上，重庆文化遗产研究院负责钓鱼城遗址发掘的袁东山研究员简要报告了这个发现。我也参加了这次会议，就和袁先生进行了交流，我认为这些铁雷就是文献中记载的铁火砲，物从原名，可以直接将之命名为铁火砲；这是个很重要的发现，为火药火器发明史研究提供了长期缺乏的第一手实物资料，希望能够尽快公布。考虑到整个遗址的发掘报告撰写需要时日，我建议他把有关铁雷的资料先整理发表。中国科学院自然科学史研究所得知这事后也非常重视，2018年9月专门邀请袁东山做了《重庆出土南宋球形火雷的初步研究》的报告，并请我配合作了副报告《从冯家昇的铁火砲图说起——关于重庆出土南宋铁火砲实物的学术意义》。随后，自然科学史所和科学出版社主办的英文期刊《中国科学技术史》（CAHST）2019年第1期正式发表了这两个报告，第一次比较详细地公布了这个新发现。
根据推测制作的元大德二年铳装置示意图。资料图片
1954年，前辈学者冯家昇在研究火药火器发明史时，曾根据文献记载分析绘制了铁火砲的四种形式示意图。冯氏的示意图后来被许多研究者采用，有的人还加以改造使之立体化。其中第一种是“合碗式”。这是根据明人何孟春《余冬序录摘抄外篇》卷五的记述：“西安城上旧贮铁火砲曰震天雷者，状如合碗，顶一孔，仅容指。”冯氏又引“欧洲十六七世纪时的炮弹也是先把两半壳制成，装上火药，然后合拢起来的”为证，认为“合碗式”铁火砲是由两个半壳合成的。现在我们看到，重庆地区出土南宋铁火砲实物都是整体铸造而成，并没有两半合成的型式，但其砲壳中部有铸造留下的合范缝，看起来就像两半合成一样，由此推断，明代何孟春所说的“状如合碗”应为此意，并非冯氏理解的由两个半壳合成的“合碗式”。
第二种是“罐子式”。这是根据《金史·赤盏合喜传》的记载：“其守城之具有火砲名震天雷者，铁罐盛药，以火点之，砲起火发，其声如雷，所爇围半亩之上，火点著甲铁皆透。”这种“震天雷”从描述上看与重庆地区出土南宋铁火砲实物十分接近。
第三种是“葫芦式”。南宋赵与褣《辛巳泣蕲录》记载此类火砲“其形如匏状而口小”，但匏（葫芦）有亚腰形，也有梨形、长圆形的，冯氏将之图示为亚腰形，这类形制在重庆地区出土南宋铁火砲实物中是看不到的。不过如果将“形如匏状”理解成如同长圆形或梨形的葫芦，那就与“罐子式”很相似了，重庆地区出土的南宋铁火砲实物也有近似外形。由此我以为，古人所说的“铁罐”之形和“形如匏状”，可能是指同一种形式，而后人由于长期未能见到铁火砲实物，便有了不同理解。
重庆钓鱼城出土的南宋时期铁火砲和碎片。资料图片
我们将冯氏四种示意图与重庆地区出土南宋铁火砲实物相对照，有相似之处也有不相符之处，这就是仅仅依据文字记载和语言描述进行分析的局限——如果只依靠文献记录推断，永远不可能达到准确的真实。而且这些差异还只涉及铁火砲的外表形状，至于铁火砲及其火药的性能、威力、制造技术等更丰富的科学内涵，如果没有实物作为参考，学者要进行具体、翔实的分析研究更是没有可能的。
重庆地区出土的南宋铁火砲实物，使我们第一次见到了古代中国发明创造的这种重要火器的真面目。而且，这批材料是从南宋遗址中经过科学考古发掘出来的成系列出土物，可靠性高、内容丰富，不仅有多个完整或较完整的器物，还有许多不完整的残件或爆炸后遗留的碎片；有的器物腹腔内可能还残留有火药；还出土了可能是用来铸造铁砲壳的陶范，以及可能与生产制造这种武器有关的窑炉。此外，各种器物在遗址中的埋藏状态，器物上黏附的各种痕迹，以及遗址与器物、器物与器物相互之间的联系等也包含了极其丰富的历史信息。这样一批丰富、可靠的实物资料，为切实、具体、深入地研究铁火砲及其铸造和火药技术提供了可能，特别是使今人能够对其进行具体的技术检测和分析，进而进行模拟仿真科学试验，从而准确地了解其技术性能和爆炸威力，最终实现对铁火砲制造技术和工艺方法的全面掌握。当然，完成这样的研究需要有跨学科的合作，我相信随着这批南宋铁火砲实物资料的公布，以及跨学科合作研究的陆续开展，必将有力推动火药火器发明史研究的显著深化。至于名称问题，按照古器物定名“物从原名”的原则，可以毫无疑问地把这些铁雷的专业名称确定为“铁火砲（又称“震天雷”）”。
铁火砲与一桩历史悬案
重庆地区这批南宋铁火砲实物的发现，对战争史、军事史研究也有重要的意义。古代中国把火药运用于战争之初，基本是以纵火制造杀伤，所以古人最初创制的火器都是燃烧性火器。而宋代铁火砲的创制和运用，标志着爆炸性武器在战争中开始扮演重要的角色。重庆地区出土的这批铁火砲实物，发现于蒙宋战争的两个古战场遗址——钓鱼城和白帝城，特别是钓鱼城遗址，是当年钓鱼城之战蒙哥汗殒命之地，这里出土的铁火砲实物，对后世学者研究和了解当年的钓鱼城之战提供了重要的历史信息和物证资料。
根据冯家昇示意图绘制的铁火砲图。资料图片
元大德二年铜火铳。资料图片
又如，钓鱼城之战中蒙古军是否使用了铁火砲？此前这方面的文献材料较为匮乏，但本次钓鱼城遗址中发现的铁火砲实物，特别是众多爆炸碎片，为这个问题的解答提供了新的物证：首先，古代中国的铁火砲是由金人创制并率先大量使用的，1234年蒙宋联合灭金后，蒙古军作为灭金的主力，俘获了大批金朝工匠及武器，因此必然获取了铁火砲制造技术，如此推断，则钓鱼城之战中蒙古军很有可能也使用了铁火砲。其次，此战之后的1274年、1281年，元世祖忽必烈两次派军渡海进攻日本，元军在与日军作战中也使用了铁火砲。这也为钓鱼城之战蒙古军使用铁火砲提供了旁证。最后，目前钓鱼城遗址中发现的铁火砲及其残片、碎片，有的出于南宋衙署遗址的水池中，应该不完全为宋军遗留，推断其中也有蒙古军攻城作战的遗留。据赵与褣《辛巳泣蕲录》记载，1221年金军攻宋蕲州城时，用抛石机向城内发射铁火砲，有的打到了知府帐前甚至卧床屋上。这似可佐证钓鱼城遗址中发现的铁火砲特别是一些残片、碎片，有可能是蒙古军从城外发射进来后爆炸留下的。
基于上述分析，我认为，重庆地区出土的这批南宋铁火砲实物，应是蒙宋战争中双方共同的遗留；钓鱼城之战，乃至整个蒙宋战争中，不仅宋军用了铁火砲，蒙古军也用了这种新武器。对此，可在今后对遗址和出土物的研究中进行深入探寻，以期发现更明确的证据。
以上这些初步认识，都是重庆地区出土的这批重要实物资料给予我们的新启发，但其学术意义绝不仅仅局限于个人认识所及的这几点，将来随着多学科合作研究的开展，当把技术的研究和历史的研究深度融合的时候，必定能够催生出非常丰富的新认识。
元大德二年铜火铳的发现
2004年初，内蒙古地区一些收藏家在筹建蒙古和元朝历史文化博物馆过程中，邀请中国社会科学院考古研究所杨泓研究员、军事科学院历代战争和战略研究室王兆春研究员、内蒙古大学蒙古学研究中心齐木德道尔吉教授和我，对他们征集、收藏的一件铜火铳进行考察。这件火铳是内蒙古地质矿产局干部李春校在内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗发现的。1989年7月，李担任内蒙古地质学校校长，带领该校地质采样专业师生到锡林郭勒盟正蓝旗进行毕业实习，偶然在元上都遗址东北达特淖日之东的一户牧民院落羊圈边发现此火铳。
该铳为铜质，铸造而成，铜色紫，表面略有绿锈。铳体坚固，保存完好。铳全长34.7厘米,重6210克。铳型为碗口铳（或称盏口铳），铳口部外侈，略呈碗形，口外径10.2厘米、内径9.2厘米，壁厚约0.5厘米；膛深27厘米，膛后部药室微隆起，壁上开有一个火门（药线孔）；尾部中空，长6.5厘米，两侧管壁上有两个对称的穿孔，径约2厘米，尾口周沿略凸起，径7.5厘米。铳身竖刻两行八思巴字铭文，蒙古语义试译为“大德二年于迭额列数整八十”。
经对实物的研究和讨论，我们认为此铳是迄今所发现中国最早的有明确纪年的铜火铳。随后，由我执笔起草了考察报告，铭文翻译由道尔吉教授反复斟酌确定，报告全文经杨泓先生定稿并在当年的《文物》杂志上发表。
此外，我们认为，大德二年铜火铳还传递了其他重要的信息。
结语
公元13世纪，战争频繁而剧烈，宋、金、蒙古激烈攻防对抗，蒙古西征更是横跨亚欧大陆。在这一时期，中国早期火药火器技术有了重大突破，实现了火药与金属材料的结合，先后创制出铁火砲和铜火铳。
铁火砲是女真族建立的金朝率先创制的，铜火铳是蒙古族建立的元朝创制的，金朝和元朝的火药火器技术都是在宋朝的基础上发展的，这说明13世纪中国火药火器技术的发展创造是多民族共同参与实现的，但这个过程中具体的影响、继承、参与及互动情况，现在我们还不能廓清，这也需要今后着力研究探讨。
在13世纪，中国火药火器技术通过丝路贸易和蒙古西征逐渐西传，从而启动了欧洲火药火器技术的发展进程，对欧洲和世界历史产生了深远影响，但关于铁火砲和铜火铳这两种金属质火器的具体西传情况目前尚不清楚，这也需要我们今后着力挖掘史料，深入探讨研究。
钟少异中国军事科学院战争研究院研究员，博士研究生导师。主要从事中国古代军事历史、军事技术和军事思想研究，编著有《安邦大略——中国历代国家安全战略思想论析》《孙子的战争智慧》《中国古代军事工程技术史》《中国古代火药火器史研究》《古兵雕虫——钟少异自选集》等。