指南车

燕赵都市报保定电(记者 刘玲 通讯员 吕国良、刘平) 日前，在祖冲之的故乡———涞水县下车亭村，祖冲之的后人又将失传的指南车重新制作完成，使得这一蕴藏华夏智慧的古老技艺再次展现世间。

　　据了解，指南车又称司南车，是中国古代科技发展史上相当重要的一项发明。相传早在5000多年前，黄帝时代就已经发明了指南车，黄帝曾凭着它在 大雾弥漫的战场上指示方向，战胜了蚩尤。之后制作指南车的纪录，散见于各朝各代的古籍之中。资料记载，南朝的祖冲之在追修古法过程中也曾成功地重造了指南 车，但之后便失传了，历史上指南车屡次被重造却屡次失传。

　　不久前，在祖冲之故乡———涞水下车亭村，祖冲之的后代祖凤葛与祝永洪夫妻利用七年时间苦心钻研早已失传的指南车制作工艺，凭借10多年的车床经验和木工技巧，经过无数次的失败，终于成功再造指南车。

　　祖凤葛夫妻制作的指南车的原理和结构与指南针不同，并非利用磁石达到定向功用，而是在指南车内部使用机械的传动方式将左右两车轮的旋转传递至输 出杆件(木人)。因此，无论指南车在直线前进还是转弯时，内部传动机构都能够自动判定车身的旋转方向与角度，而将输出杆反方向回馈相同角度，以达到定向的 目的。

　　记者看到，祝永洪所制作的指南车完全为木制结构，车身选用木质上好的红木，外观古朴韵味十足。祝永洪夫妻还特意将指南车上的木人设计为祖冲之像，小木人站在车中央，左臂向前，右臂略垂，无论你怎么转动车体，木人指向总是保持不变。

　　祝永洪的妻子祖凤葛是祖冲之的嫡系后代，夫妻二人对再造出祖先曾经钻研过的指南车感到十分骄傲。目前，他们再造的指南车已被涞水县祖冲之中学和中国科技馆收藏，同时也吸引了大量中外收藏爱好者的关注。

指南车，又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。它利用差速齿轮原理，它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。相传早在5000多年前，黄帝时代就已经发明了指南车，当时黄帝曾凭着它在大雾弥漫的战场上指示方向，战胜了蚩尤。西周初期，当时南方的越棠氏人因回国迷路，周公就用指南车护送越棠氏使臣回国。三国马钧所造的指南车除用齿轮传动外，还有自动离合装置 ，是利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向。在特定条件下，车子转向时木人手臂仍指南。在技术上又胜记里鼓车一筹。据考证，三国魏马钧于青龙3年（235年）创造指南车，虽有记载，但造法失传。东晋安帝义熙十三年（417年），刘裕北伐进兵长安，后秦姚兴使令狐生制造指南车。北魏的郭善明也曾研发过，未成，扶风人马岳又造，垂成，善明鸩杀之。南朝的祖冲之又发明一次，《南齐书•祖冲之传》：“初，宋武平关中，得姚兴指南车，有外形而无机巧，每行，使人于内转之。升明中，太祖辅政，使冲之追修古法。冲之改造铜机，圆转不穷，而司方如一，马钧以来未有也。”《宋史•舆服志》对指南车的机械结构，作了比较具体的记述，此车仅用为帝王出行的仪仗。宋、金两朝的燕肃与吴德仁等科学家都研制出指南车，但之后又失传了。《宋史·舆服志》对其机械构造有具体记载 。宋代造法有天圣五年（1027）燕肃所献传统做法和大观元年（1107)内侍省吴德仁所献车制两种。指南车的创造标志着中国古代在齿轮传动和离合器的应用上已取得很大成就。指南车是古代一种指示方向的车辆，也是古代帝王出门时，作为仪仗的车辆之一，以显示皇权的威武与豪华。
关于指南车的发明，最早的记录还得从5000年前黄帝大战蚩尤的传说说起。据说黄帝和蚩尤作战三年，进行了72次交锋，都未能取得胜利。在一次大战中，蚩尤在眼看就要失败的时候，请来风伯雨师，呼风唤雨，给黄帝军队的进攻造成困难。黄帝也急忙请来天上一位名叫旱魃的女神，施展法术，制止了风雨，才使得军队得以继续前进。这时诡计多端的蚩尤又放出大雾，霎时四野弥漫，使黄帝的军队迷失前进的方向。黄帝十分着急，只好命令军队停止前进，原地不动。并马上召集大臣们商讨对策。应龙、常先、大鸿、力牧等大臣都到齐了，唯独不见风后。有人怀疑风后是不是被蚩尤杀害了。黄帝立即派人四下寻找，可是找了很长时间，仍不见风后的踪影，黄帝只好亲自去找。当黄帝来到战场上时，只见风后独自一人在战车上睡觉。黄帝生气地说：“什么时候，你怎么在这里睡觉？”风后慢腾腾地坐起来说：“我哪里是在睡觉，我是正在想办法。”接着，他用手向天上一指，对黄帝说：“你看，为什么天上的北斗星，斗转而柄不转呢?臣听人说过，伯高在采石炼铜的过程中，发现过一种磁石，能将铁吸住。我们能不能根据北斗星的原理，制造一种会指方向的东西，有了这种东西就不怕迷失方向了。”黄帝把风后的这个想法告诉众臣，大家议论了一番，都认为这是一个好办法。然后，就由风后设计，大家动手制作。经过几天几夜奋战，终于造出了一个能指引方向的仪器。风后把它安装在一辆战车上，车上安装了一个假人，伸手指着南方。然后告诉所有的军队，打仗时一旦被大雾迷住，只要一看指南车上的假人指着什么方向，马上就可辨认出东南西北。

不过其后又有历史典籍显示三国时马钧是第一个成功地制造指南车的人。《宋史·舆服志》则详细地记载了燕肃和吴德仁所造指南车的结构和技术规范，成为世界史上最宝贵的工程学文献。 燕肃的指南车是一辆双轮独辕车，车上立一木人，伸臂指南。车中，除两个沿地面滚动的足轮(即车轮)外，尚有大小不同的7个齿轮。《宋史·舆服志》分别记载了这些齿轮的直径或圆周以及其中一些齿轮的齿距与齿数。由齿数、转动数，并保证木人指南的目的，可见古人掌握了关于齿轮匹配的力学知识和控制齿轮离合的方法。车轮转动，带动附于其上的垂直齿轮 (称“附轮”或“附立足子轮”) ，该附轮又使与其啮合的小平轮转动，小平轮带动中心大平轮。指南木人的立轴就装在大平轮中心。当车转弯时，只要操作车上离合装置，即竹绳、滑轮(分别居于车左或车右的小轮) 和铁坠子，就可以控制大平轮的转动，从而使木人指向不变，例如，当车向右转弯，则其前辕向右，后辕必向左。此时只要将绕过滑轮的后辕端绳索提起，使左小平轮下落，从而与大平轮离开；同时使右小平轮上升，从而与大平轮啮合，大平轮就随右小平轮而逆转。由于各个齿轮匹配合理，车轮转向的弧度与大平轮逆转弧度相同，故木人指向不变。 其后，吴德仁鉴于燕肃所制的指南车不能转大弯，否则指向就失灵这一大缺点，重新设计制作指南车。吴德仁指南车基本原理与燕肃一致，只是在附设装置方面较为复杂。他的车分上下两层。上层除木人指南外，绕木人还有二只龟、四只鹤和四个童子。上层13个相互啮合的齿轮就是为它们设的。下层的齿轮装置与结构如前所述，是他发明了绳轮离合装置，以保证车转大弯也不影响木人指向。 李约瑟博士在对指南车的差动齿轮作详细研究后指出：无论如何，指南车是人类历史上第一架有共协稳定的机械(homoeostatic machine) ；当驾车人与车辆成一整体看待时，它就是第一部摹控机械。

张衡发明的地动仪和春秋时代的指南车，这些都是现代人记忆中的东西。昨天，在苏州古代天文计时仪器研究所，记者重新看到了这些东西。陈凯歌所长兴奋地介绍了仿制过程。 张衡的地动仪，其结构原理从古至今都有许多争议。陈所长应广东科技馆的要求设计制作了2台不同结构的地动仪，分别是1951年王振锋设计的”立式都柱”和2004年由现代专家设计的”悬挂式”。这两台地动仪都是青铜制成，高约l米，按l：3的尺寸制作的。为了研究观察方便，还特地制作成不封闭的结构，好让更多的人了解和观看。陈所长还为记者现场演示了地动仪的工作原理，当他在震动平台的一边晃动时，那个方向的锕珠就落入下面的龙口中，很是奇特。陈所长说：”这两台模拟地动仪的成功仿制，不但欢迎观众动手参与，还要大家动脑子，来评判哪个更好。”陈所长还向记者介绍了“指南车”，这辆车全部用红木制作而成，车身的雕刻十分细腻传神。另外，它还融入了现代技术，用激光来标示南方。他说，这样就更能激发观众的兴趣。车高2米多，上面的小人手指南方，当车转动时，车内齿轮一同转动，使得小人的手永远指向南方。(来源:激光之家 http://www.laserhome.cn)
http://baike.baidu.com/view/132929.htm

传说中的轩辕黄帝创造了指南车，由于历史原因指南车失传。后来东汉的张衡、三国的马钧、后赵的解飞、后秦的令狐生、南朝的祖冲之……无数古代的科学家都造过指南车，历经若干朝代都没有造出传说中的黄帝指南车。解放后，中国第一任考古研究所所长王振铎先生经历了20多年的研究，终于在1971年制作了第一辆指南车实物，现存于中国历史博物馆。

日前，河南南阳一个16岁的中学生却使中国失传5000多年的“黄帝指南车”重现，解开了千古之谜。

在河南南阳油田实验高中的校园内，当李琛的父亲李伟领着白白净净的小李琛站在记者面前时，很难想象，就是这个有点腼腆的小帅哥造出了失传5000多年的“黄帝指南车”，破解了千古之谜，印证了历史。

知识型的家庭育出了一个非凡的娃娃

小李琛的父亲李伟是南阳油田通讯公司的工程师，母亲赵亚平是当地的一位医生。1986年出生的小李琛给这个家庭带来了无比的快乐。

幼时的李琛给父亲李伟留下最深的印象是小李琛在小学四年级时，南阳油田的学校组织了一次到北京去的夏令营活动，在夏令营众多的营员中李琛是年龄最小的，那次学校规定是五六年级的同学去。可四年级的小李琛还是偷偷地跟了去。李伟夫妇想既然孩子愿去还是让他去吧！有老师跟着不会出什么意外。

夏令营归来，李琛倒出了一大堆各式各样的益智玩具。在李伟的心目中，儿子最爱读的书是《少年科学》，他几乎每期都看，时隔五六年了，父亲仍然记得该杂志后面有一页比较硬的纸，上面有各国的战斗机等千奇百怪的兵器图案。这是让小读者们动手参加剪贴的。

李琛的母亲赵亚平，在医院带了一个实习生，她拿出自己刚买的十五子棋拼了起来，按英语字母排顺序在16个方格内拼，可怎么也拼不好，急得满头大汗。她看到了正在旁边玩耍的小李琛说：“如果你能拼好，这盘棋就送给你。”接过棋的小李琛慢慢地揣摩起来。不大一会儿，小李琛居然把它拼在一起了，大大出乎这个大学生的意料之外。

接到再造指南车的任务

2001年9月初，为了开发孩子们的创造能力，中央电视台科教频道把《再造指南车》这一课题，交给了河南省科协青少年活动中心，由于南阳油田所属中学的素质教育搞得比较好，该中心便把这项任务给了这些学校。

作为出题的央视只给这些学校提供了一个线索：中国历史博物馆里有一架黄帝指南车，这架指南车是解放后第一任中国考古所所长王振铎先生根据史书记载，历经20多年的研究在1971年成功制作的第一辆指南车实物。但这个指南车实物仅仅是三国时马钧所造指南车的翻版，它利用齿轮转动系统和离合装置来指示方向，但必须是以一个车轮为中心另一个车轮为半径就地旋转才能使车上的木人所指方向不误。相当复杂的制作看起来已经很先进了。南阳油田实验中学也接受了这个课题，学校便把这个任务分给了学生并专门配备了一名物理教师李旭负责此事。

小李琛回到家里开始考虑老师布置的任务，他仔细揣摩这些记载：传说五千年前黄帝战蚩尤的时候，由于天降大雾，黄帝被困在大雾当中，黄帝的军师风伯为他制作了指南车才得以冲出重围，打败了蚩尤，这是最早关于指南车的记载。尤其是小李琛看到自己收集的南朝宋末，萧道成想称帝，祖冲之重造指南车。祖冲之就用铜代替木料内机，制成了前所未有的指南车。当时北朝人索磷称自己能造指南车，当时萧道成让他与祖冲之各造一辆指南车，在乐游苑比试。比试结束后，索磷自愧弗如，一把火将自己所造的车烧掉了。

此后小李琛又看到《宋史·舆服志》的记载，知道风伯利用北斗星转动时总是柄部动，余星围绕柄转动设计的，车上有一木人，手始终指向南方，其余的细节均不知。后来张衡等再造了指南车，但终不见具体车样及原理细节，黄帝指南车也就成了中国古代传说中的故事，被蒙上一层神秘的面纱。

李琛联想到2001年7月，参观北京历史博物馆古代科技展品时，看到的王振铎先生所复制的指南车，他陷入了思考，学术界几乎一致认为指南车最早出现在汉代，如果传说中的指南车要是存在的话，作为我国原始社会部落联盟的首领，轩辕黄帝时代生产力一定很低下的，黄帝军师制造的指南车一定很简单，他们不可能用齿轮转动系统和离合等复杂原理实现指南功能。王振铎老前辈的这个模型从技术和实用性两方面都与黄帝时代的历史背景不相符合，一定是有一种更简单的原理。小李琛为这个大胆的发现高兴不已。

于是，李琛开始对车辆的转向进行观察，发现车辆转向时外轮行程大于内轮行程的行程。依据几何学中“等圆等弧所对的圆心角相等”的数学原理，小李琛找到了车轮半径和车轴之间的距离关系，寻找与其所指方向之间的联系。小李琛顺手画了一个平面原理的草图，和指南车的车轮平面并标明方向标记和车轮的方位标记。李琛把自己的意图和想法给李旭老师讲了讲，李旭看了看草图，可又提不出反驳李琛的理由。当时李旭心里有一种潜意识的预测，古往今来，有多少智者费尽心机想再造指南车，都没有取得成功，也可能是受“指南针”的习惯性影响，多在指针上下工夫，而忽略了“车”的原理。小李琛正是突破了人们习以为常的思维定势抓住车辆本身具有的特性来实现指南功能的。

两次走进央视受到专家肯定

2001年9月份，到了央视向南阳油田实验中学、南阳市一中、七中等南阳油田附属的学校“收卷”的时候了，其他中学的学生都没有摆脱齿轮组合的思维定势。

河南省科协中心主任李华看到李琛设计的指南车结构简单方便，并且获得国家知识产权局颁发的专利证书（专利号为ZL01261541.2）就开始往上报。

2001年9月，中央电视台《异想天开》栏目组来到南阳市实验中学拍摄“再造指南车”节目时，小李琛已在最短的时间内完成了黄帝指南车方案的设计，在李旭老师和父亲李伟的帮助下完成了第一台指南车实物的制作。

2002年春节，中央电视台科教频道对以往的节目作了一个总结，该节目为《智慧无极限》，主要突出“衣、食、住、行”四大方面，而李琛的“指南车”便首选其中。

在演播室，清华大学教授、中国古代科技史专家刘元亮看着李琛的黄帝指南车说：“古时候圆周采用的度数是365.25度，不是360度。如果采用360度，不符合历史背景。你的车找回原来的方向很容易，能不能随时知道现在车行的方向？”

李琛思考了一分多钟对工作人员说：“能不能帮我找来不干胶？”由于这辆黄帝指南车的结构有两个等大的车轮和车厢、车头组成。其中两辆车轮轮距等于半径，一车轮边缘上作以红色的标记，另一轮面上标出“东南西北”等字样，车厢上加以横杆。其使用方法也十分方便：出发选择一方向，如果选择东方，转动另一车轮，使刻有或贴有红色标记轮上的标记与另一轮的“东”字对齐（可借助车厢上的标记与杆观察）任意行走（进退、左右转向），当需要确定车的方向时只需要观察一轮上红标记与另一轮上的哪一字对齐便知现在车的方向。

当小李琛把自己的指南车推进演播室时，刘元亮教授对李琛的指南车评价说：“第一：他试图用这个方式来确认过去传说中的指南车可能是确有此事的，这是对我们历史的一个贡献。第二：他想出了一个更聪明但又更加简单的方案，这个方案比历史博物馆的指南车简单多了。关于指南车问题，英国的李约瑟博士有一个评价说‘这是人类历史上第一个真正自动控制的机器。’他指的还是宋代的那个比较复杂的机器，但是李琛同学的这个指南车从简单而又实用的角度来说，现在任何一辆农村的大车，按照这个原理稍微改装一下，就可以在野地里随便跑，随时可以定方向。从李琛同学的创造中我悟出一个道理，就是智慧无极限。”

复古5000年前的黄帝指南车究竟何用

黄帝指南车的复原，的确引起不小的轰动，它不仅仅是因为出自于一个年仅16岁的中学生手中，更重要的是印证了历史。然而李琛的指南车因实用性不够，仅获得了第16届河南青少年科技创新大赛二等奖，他的指南车引发了争议。一些业内人士认为，根据参赛作品的科学性、实用性、先进性三方面的要求，该作品的实用性不够，并且指出复古的东西不算创新。

针对此事，记者采访了一位从事教育研究多年的陈教授。他说，“中国四大发明有口皆碑，李琛同学的指南车，把传说中黄帝军师风伯创造的指南车变为现实，不仅印证了中华文明的悠久历史而且符合当时的历史背景。与中国历史博物馆藏品相比，具有结构简单、实用性强的特点。从这一点儿来说，该指南车反映了学生的创新能力，怎么能说复古的东西不算创新呢？

“从教育学的角度来说，这不单单是创造一个指南车的问题，也是中国推行素质教育的最好体现。”

河南省一位获得12项发明专利的发明专家王学昌先生说：“如能在工艺设计上对该作品进行包装，做成教学仪器、做成工艺品、智力玩具，可以启发学生的思维，做成博物馆的展览模型供人们参观，甚至还可以做成盲人的轮椅。怎能说其实用性不够呢？”

张鹏
《生活时报》 2002年10月17日

e21科学探究网http://kxtj.e21.cn/e21web/content.php?acticle_id=2053

以下是通过中国专利网http://search.sipo.gov.cn/sipo/zljs/hyjs-jieguo.jsp检索到的

序号

申请号

专利名称

21	01261541.2	指南车
22	200720019985.8	指南车

序号

申请号

专利名称

1	200510017405.7	指南车
2	200610021449.1	一种指南车
3	200710017850.2	仿古指南车
4	03245615.8	一种可以指示行进方向的指南车
5	03245854.1	一种指南车
6	02294638.1	双辁式指南车
7	03207110.8	双辁双弦四导轮叠压指针式指南车
8	200520030138.2	一种指南车
9	200620079628.6	指南车
10	93102771.3	五帝指南车与五车概率校准指南
11	99105733.3	摩擦传动指南车
12	02242288.9	黄帝指南车
13	02289854.9	四辁双立便调式指南车
14	94205392.3	指南车
15	91228180.4	祖式指南车
16	94208459.4	张衡指南车
17	95244851.3	一种仿古指南车
18	97241991.8	指南车传动结构
19	99208294.3	摩擦传动指南车
20	00246224.9	电子指南车