明代大同为“九边”(九镇)之一，驻有重兵，防御蒙古。大同镇与大同府、县同城，城中置有山西行都司，下统各卫所，负责领兵训练和屯田。该镇还设有总兵，驻大同府，负责带兵作战，管辖东起镇口台西至鸦角山全长330多公里的长城。
大同与宣府、山西三镇之上再设总督，称宣大总督，全称为“总督宣、大、山西地方军务兼理粮饷”。大同的边防一直是明代朝廷重视的军务。为了加强大同防守，明廷在军事装备上一直注意提供先进的武器。
明代大同边军手上的先进火器
当拥有西洋新式火器后，朝廷也常常会将它们发往大同应用。大同甚至自己可以仿制或改进西式火器。大同像明朝其他八边一样，成为欧洲军事武器的实验场所和西洋物质文明的传播之地。
在西洋火器应用于大同防务之前，大同装备的是从越南引进的神机枪和明朝自制的土火器。神机枪是明代初期从越南引进并发展起来的一种火器。
“平交趾得神机枪炮法，特置神机营肄习”
永乐年间神机枪炮用生熟赤铜所制，大的为炮，用车拉;小的为枪，用枪架或枪托支撑。
“神机火枪者，用铁为矢镞，以火发之，可至百步之外，捷妙如神”。
永乐年间的三段射战术
显然，神机枪炮都是用火药驱动，发射带铁箭头的箭。因为当时捷妙如神，所以也被称为神枪或神箭。永乐二十年，开始在大同装备神机枪炮。
“从张辅请，增置于山西大同、天城、阳和、朔州等卫以御敌，然利器不可示人，朝廷亦慎惜之”
影视剧中的拒马木和挨牌
大同除了装备交趾的神机枪炮外，还装备了明代自制的土火器。景泰二年六月，吏部郎中李贤曾指出:土木之变后，蒙古瓦剌部首领也先想联合东边的女真和西边的回回，准备大举进攻明朝。瓦剌恃弓马之强，但明朝的防守之具是拒马木和挨牌，前者止能拒马，不能避箭，后者止能避箭，不能拒马，只有依靠战车，既能避箭，又能拒马。建议在战车四周设挡版，藏士兵，档版上留铳眼:
“今之战车，不但能避弓马，又有取胜之道。取胜者何?火枪是也!论中国之长，无出于火枪。前代未尝有也...彼若近前，火枪齐发，奇兵既出，彼若远避，我势自张，我威益振。况此时大同、宣府、辽东一带军民不敢出城耕作，城外之地俱是虏寇驰骋之所。若此等边城俱用此车，遣将出师，可以横行于沙漠，可以深入其巢穴!”
这里称火枪，但未称神机枪，故可能是明代的土制火枪。以上用交趾的神机枪和明朝土制火枪防守大同，为后来引进更先进的西洋火器奠定了基础。
在战车四周设挡版，藏士兵，档版上留铳眼的想象图
明土制火枪非交趾神机枪，《明宪宗实录》所载可证。天顺八年五月，府军前卫百户马真在上疏中提出要对付蒙古人，应该在队伍中添设起火义枪、九龙神筒、一窝蜂弹及用喷枪、神铳等器，将神机枪与其他火器并提，则说明神机枪与明土制火枪之不同。
影视剧中的一窝蜂弹想象图
因此显然，在西洋火器引入大同之前，这里使用的火器一是来自交趾的神机枪炮，一是明朝自制的土火枪。众所周知，西洋火器是正德末传入中国的。正德八年所修《大同府志》中，记载了西式火器传入之前，大同前卫的火器装备情况。该书“提到大同前卫装备的武器有：
“大小将军铳一十三个，金刚腿一百一个，碗口铳五十七个，盏口铳四十个，手把铳八十八把，震天雷二十三个，铁炮一百一十八个，磁炮六百九十一个，信炮二百三十一个，仙人炮一个，飞枪五十五杆，火枪一百七十三杆，匣七十九个，五龙(诵)［简］八十五个，神机箭四百八十二枝，螺蛳箭三百一十枝，铳箭一千八百枝，铁迎子五十八个，破喇忽四个，一把连一百二十三个，搥儿七十把，铁药匙二十五把，石铁弹子二千八百六十六个，大马子三千七百七十一个，哈喇蠢袋四十八副”。
这些装备有许多都是火器，但无一个西洋武器。当时的将军铳、铁炮等，都是中国土制火器。说明西式火器传入前，大同装备的火器既有越南引进的神机枪，也有明朝的土制火器。
正德末佛郎机火炮开始传入中国。佛郎机是15至16世纪在欧洲流行的火炮，后装滑膛炮，能连续发射。整炮由炮管、炮腹、子炮三部分组成。开炮时先将火药弹丸填入子炮中，再将子炮装入粗大的炮腹中，引燃子炮火门发射炮弹。一般在炮尾设有转向用的舵杆，在炮管上装有准星和照门便于瞄准。
佛朗机兵人模型演示图
佛郎机是中国人看到的最早的西洋火炮，威力胜于明代土制火炮，于是明朝政府迅速加以仿制。嘉靖二年(1523年)，明朝开始对佛郎机进行仿造。由军器局造大样、中样、小样佛朗机铜铳。
“嘉靖二年造三十二副，发各边试用。管用铜铸，长二尺八寸五分，重三百余斤。每把另用短提铳四把，轮流实药腹内，更迭发之。”
“将手把铳、碗口铜铳改造，每年一百五副”
“嘉靖七年造四千副，发各营城堡备敌，重减大铳三分之一。八年又造三百副”。
可见，嘉靖年间是中国仿制佛郎机火炮最为频繁的时期。所造的佛郎机炮，分发各边，自然也包括大同。明朝各边包括大同在内，已经感受到西式火器的威力和先进性。
虏所最畏于中国者火器也
嘉靖在位期间，兵部郎中唐顺之上疏称:
“虏所最畏于中国者火器也，国初止有神机火枪一种。天助圣明，除凶戚虏，而佛郎机、子母炮、快枪、鸟嘴铳皆后出。”
蒙古人得知佛郎机炮的先进性后，于嘉靖二十三年密令叛人潜入京师，习佛郎机大炮。事情败露后奸细被擒获诛死。然而，嘉靖初期的大同等边镇，火器装备情况仍然堪忧。嘉靖六年五月，御史邱养浩陈奏蓟辽边务时指出:
“中国长技，惟火器可以及远。今各关营铳炮甚少，而火药率三岁一给，缓急无济。”建议用巡按、巡关两御史罚锾作为资金，“多铸火器，分给三路关堡。”
他虽说的是蓟辽的情况，但也适用于大同等边。为了改变这种落后状况，作为九边之一的大同也开始装备西洋新式火器。最先装备的就是佛郎机铳炮。嘉靖九年九月，都察院右都御史汪鋐指出:
“国家于江北沿边各设重镇，如甘肃、延绥、宁夏、大同、宣府，每镇官军不下六七万人，又设墩台、城堡，其为守御之计，似无不周。然每当虏入，卒莫能御，损伤官军动以千百计。”
他认为原因在于墩台只是瞭望之所，城堡中的士兵所执兵器不能及远，所以往往失败。他提出:
“为今之计，当用臣所进佛郎机铳，小如二十斤以下，远可六百步者，则用之墩台。每墩一铳，以三人守之。大如七十斤以上，远可五六里者，则用之城堡。每堡三铳，以十人守之。五里一墩，十里一堡，大小相依，远近相应，星列棋布，无有空阙。贼将无所容足，可以收不战之功。”
他计算后指出，每镇所防边墙，蒙古人必由者不过千里。只要配备了佛郎机火器，就可以十里设一堡，则千里可设一百堡。五里一墩，则千里可设二百墩。一堡十人，则百堡当用一千人。一墩三人，则二百墩当用六百人。如此一来，“一千六百人，可以遍守一镇”。
更番轮替之法
如果按更番轮替之法，一年分为四班，全年用六千四百人就足够了。一镇的军士，只用十分之一，已有富余，其他的十分之九的军人可用以屯田，其中“仍十取其一，更番操备”：
“于镇城则不必调客兵，而常额之士且十可九耕，不必出内帑开盐利，而屯田之入且岁可数十万”。
疏奏上后，世宗嘉其筹边忠虑，命户、兵二部再加议处。兵部尚书李承勋等覆奏道:
“佛郎机手铳，诚为军中利器。宜申饬各边，如所议修墩堡，拨军士，给发教习，为守堡守墩之具。”
世宗最后也批准了这一计策。从嘉靖九年开始，大同已开始引入佛郎机大炮及手铳。嘉靖二十一年正月，蒙古人谋犯山西三关。嘉靖二十一年正月，兵部尚书张瓒以蒙古复谋犯山西三关，会同户、工二部覆奏，提议：
“其火药，若神臂弩、三眼枪，宜令工部创置;大小佛朗机，积贮且多，即可趣发，并行提督团营尚书刘天和，以总督陕西时所制蒺藜炮，具式送部，转发山西、宣大，一体造用”。
世宗诏令如议行事。可见，遇到紧急情况，宣大边关会装备西洋火器，如大小佛郎机等，还会装备土制的三眼枪和蒺藜炮。可以说，大同诸边的军器装备，既有西式火器，也有土制火器。至嘉靖三十六年七月，总督宣大山西侍郎杨顺条奏大同防守事宜，其中提到：
“大同旧有三边高墙，大墩凡六百余里，间二十里为一堡，声势联络，自足拒敌。后因议者纷纷，遂弃而不守，渐致边墙毁废，而堡内精兵亦复散亡。宜即添设中西一路，沿边墩台挑选军士，给以衣粮器械，令其专司了望，传报声息”。
按上述汪鋐所言，每个墩台若三人守一墩的话，需装备佛郎机火器。杨顺在条奏中又称:
“中国长技，火器为最。宜于阖镇城堡通行查给，如法教演。”
得到皇帝的允准。这里所指的“中国长技”，应该是指来自葡萄牙的佛郎机火器。隆庆二年七月，朝廷听从了宣大总督赵岢的建议：“给大同镇军盔甲一千副，火器银一千七百两”。
开始换成火铳所需的铅弹
后者显然是为发展火器提供资金，但究竟用以发展何种火器，未予明说，以理推测，应该是仿制先进的西式火器。既然火器发展起来了，那么此前的军器就需要更新换代。大同原来装备的神机枪所需的火箭(神箭)，开始换成火铳所需的铅弹：
“题准宣、大每五年例领神箭一万枝，每枝改折铅弹四个，每个重六钱。以后年分给荒铅一千五百斤，送镇造用。”
明代大同装备佛郎机的事实，有文物可作证明。2011年6月，大同市新荣区花园屯乡元墩村村民在搭建牛场平整土地时，在村中央烽火台遗址附近挖出一门明代铜铸佛郎机子铳。元墩村位于晋蒙交界处，距离明长城仅有一里左右。挖出的铜炮上有“嘉靖”“破虏”等字样应该是嘉靖年间仿制的铜佛郎机。
当时的新闻报道
继葡萄牙人之后，荷兰人给明朝带来了红夷大炮(也称红彝大炮或红衣大炮)，性能比葡萄牙人的佛郎机炮更好，于是中国人开始仿制红夷大炮，装备大同。崇祯二年二月，大同巡抚张宗衡疏言说明，在张宗衡任大同巡抚前，宋统殷曾在大同仿制了红夷大炮一门：
“今日之大同何如哉?……以言乎火器，除臣未任时，道臣宋统殷造红彝大炮一门外，臣陆续督造精好三眼枪一千余杆，大炮十余伍，战车百余辆，火药四十余万斤，然仅可备时下之用耳。”
红夷大炮
在荷兰人的红夷大炮传入明朝之后，英国最先进的大炮也传入中国。英国的大炮一般被称为“西洋大炮”，属于新式前装滑膛加农炮。英国船舰在进攻澳门时搁浅，为澳门殖民当局所获，被澳商购买后献给明朝：
“某英船为飓风飘流至中国东岸，舟已破损，舟上所有巨炮三十尊遂为中国所获。” ——《中国耶稣会史》
新式前装滑膛加农炮
这三十门英国新式火炮被澳门商人购买后献给明朝，分派给大同、山西和蓟门各边镇应用。崇祯三年，兵部尚书梁廷栋在《神器无敌疏》中指出:
“广东香山嶴商，慕义输忠，先年共进大炮三十门，分发蓟门、宣大、山西诸镇，宁远克敌，实为首功，京营留伍门，臣部蚤虑，万一有警，非此不足御虏。”
安装在大同的边墙上的防守利器
显然，包括大同在内的宣大镇，曾经分享了澳门商人进献的三十门大炮。这些大炮不再是老式的佛郎机，而是英式西洋大炮。它们已经部分地安装在大同的边墙上，成为防守的利器。除西式火炮外，西式火枪如鸟铳(即来自葡萄牙的鸟嘴铳)也是大同防备的锐利武器。崇祯二年，大同巡抚张宗衡上疏道得到了皇帝的首肯，因此大同装备五千杆鸟铳的计划得到实施：
“臣为陛下守此一块土，五载于兹……臣请鸟铳五千杆，又臣新造三眼枪五千杆，与夫喷筒神器方轨直前，如墙而进，更番迭循环不已，插众有限，我药无穷，此舍短用长之策也。”
大同在引进西式火器的同时，开始仿制和改进西洋火器。当时中国人仿制并改进西式火器已经颇有经验：
“扩而大之为发熕，约而精之为铅锡铳，发熕者大佛郎机也，铅锡铳者小佛郎机也，其制虽若不同，实由此以生生耳”。
仿制西洋火器，是宣大总督在军事实践中深感佛郎机炮的威力，而起了仿制和改进的心思。嘉靖时宣大总督翁万达发现火器莫利于佛郎机，于是决定仿制并加以改进。
百出先锋炮想象图
嘉靖二十五年七月，宣大总督翁万达仿制佛郎机炮并加改进，制造出百出先锋炮。翁万达对佛郎机炮的改进有四处:第一处，是将大炮筒改短，增加小炮至十管。佛郎机的母炮筒长三尺有奇，子炮只有五管。他将之改进成百出先锋炮:
“先锋之制，则损其筒十分之六，状若神机，而加小炮以至于十，曰气可局而用不使有余也，炮可错而用不使不足也。用则系火绳于筒外。炮必用子母者，以炮当初发，内热不便于装药也，而纳火炮于筒内，毕即倾出之，连发连纳，十炮尽，则更为之循环，无间断也。筒仍酌其处凿通，一机转动消息，倒击不流，倾卸不碍。”
“拼刺刀”：在炮(实即火枪)的末端安装戈型尖刃
第二处就很了不得了——是在炮(实即火枪)的末端安装戈型尖刃，以便最后作拼刺刀之用，把冷热兵器结合了起来：
“末有锐锋如戈形，无耳，长六寸。近者三眼枪制亦如此，以代铁枪之用。远击近刺，其用博矣。”
第三处，是将大型佛郎机的重量减轻，简化施放的人手。大型佛郎机炮，需四人抬动，发射时持者一人，放者一人，六个人才发射五炮，而先锋炮“持放者一人，不必布机于地，即马上亦宜之。是一人发十炮也”；第四处，是将点放的火绳从露在外面，改为置于里面。通过以上的改进，百出先锋炮大大提高了作战效率。
“百出先锋炮，则尤火器之最便利者。古制未尝有也。”
翁万达仿制成功后，“因奏讨帑银二万两督造，分发宣大三关并各边城堡应用。”明确提出要将百出先锋炮应用于宣府、大同、偏保三镇。兵部接到其奏疏后，进行了试验，最后建议百出先锋炮等火器“宜多造”。世宗准许了这一计划。不过，朝廷并未放权宣大边镇自造，而是由朝廷兵仗局制造后，运往大同，装备军队。据《大明会典》载“兵仗局造”时指出:
“百出先锋炮，式如佛郎机，损其筒十之六，纳小炮十，系火绳于筒外，连发连纳。末有锐锋如戈形，长六寸，以代铁枪，一人持放，马上亦可。”
这段记载，一是说明百出先锋炮是改进自佛郎机，二是说明由北京的兵仗局制造，而改进实验是由宣大总督在前线进行的。翁万达仿制并改进西洋火器成功，引起关注，当时的国史《明实录》给予记载，但是为了维护朝廷的自尊，实录将翁万达仿制西式火器而成，说成是仿制古代火器。《明世宗实录》载，总督宣大侍郎翁万达言:
“臣尝仿古火器之制，造成三出连珠、百出先锋、铁捧雷飞、母子火兽、布地雷等炮，屡经试验，比之佛朗机、神机枪等器轻便利用。”
其实，这里面其他火器是仿制古火器，而百出先锋炮则明确仿自佛郎机炮，但实录却混在一起，用“仿古火器之制”一语巧妙掩盖。无论如何，大同都装备了明朝改进的佛郎机炮———百出先锋炮。此外，前述宋统殷在大同仿制红夷大炮，也用在了大同的防务上。
此外特别值得一提的是——明代大同装备的佛郎机炮，经过明清易代后，可能仍在使用，乾隆《大同府志》卷一六《兵防》载，大同镇的天城营随营军器中有“佛郎机炮二位，随小炮十位”。阳和营的随营军器中也有“佛郎机炮二位，随小炮十位”。这些佛郎机炮，若非清朝新铸，便是仍明代旧物而用之。
清代国策的转变，极有可能之后的火炮非清朝新铸
“明修长城清修庙”，考虑到清代国策的转变，用宗教政策笼络蒙古，而非用武力防范蒙古，以及重视满洲传统骑射，而不重视火器发展的状况，因此在明清易代后，明朝时长城沿边重要关口的戍兵大多都解甲归田，大同的军事城堡在清朝改制后裁减的较多，有的仍然驻防，但是驻军数量和武器配备都相应减弱。”大同各营的佛郎机炮，有可能是明代的旧物而为清朝旧物利用者。
影视剧中八旗子弟正在开炮
据此可以推测，清朝承明之旧，且无意加强大同防守，而是逐步削弱其军事功能，因此乾隆《大同府志》所载大同各营“随营军器”中的佛郎机炮，因此很可能是明朝旧物。
明代大同镇与其他各边一样，由于战略地位的重要，受到明朝政府的重视，而较多获得分发和装备当时先进的西式火器的机会，成为西式火器引进、仿制、改进并应用的重要地区。
如此一来，大同本是僻处北边的边疆地区，具有较强的封闭性，却意外地得风气之先，见证了西洋物质文明的先进性，在防备蒙古骑兵时体验到西式火器的巨大威力。
因此，明代大同至少在西洋火器上面，得以率先尝到中西文化交流的甜头，并奋起直追，改进西洋火器，使之成为大同人骄傲的“中国长技”。
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