自然科學史研究所嚴敦傑
我國幅員遼闊，海岸線很長，不只是一個大6國家，而且也是一個海洋國家，自古以來航海事業就很達。
天文航海技術
天文航海技術主要是指在海上觀測天體來決定船舶位置的各種方法。我國古代出航海上，很早就知道觀看天體來辨明方向。西漢時代《淮南子》就說過，如在大海中乘船而不知東方或西方，那觀看北極星便明白了。（《齊俗訓》：「夫乘舟而惑者，不知東西，見斗極則悟矣。」）晉代葛洪的《抱朴子外篇·嘉遯》上也說，如在雲夢（古地名）中迷失了方向，必須靠指南車來引路；在大海中迷失了方向，必須觀看北極星來辨明航向。（「夫群迷乎雲夢者，必須指南以知道；並乎滄海者，必仰辰極以得反。」）東晉法顯從印度搭船回國的時候說，當時在海上見「大海瀰漫，無邊無際，不知東西，只有觀看太陽、月亮和星辰而進。」一直到北宋以前，航海中還是「夜間看星星，白天看太陽」。只是到北宋才加了一條「在陰天看指南針」。
大約到了元明時期，我國天文航海技術有了很大的展，已能觀測星的高度來定地理緯度。這是我國古代航海天文學的先驅。這種方法當時叫「牽星術」。牽星術的工具叫牽星板。
牽星板用優質的烏木製成。一共十二塊正方形木板，最大的一塊每邊長約二十四厘米，以下每塊遞減二厘米，最小的一塊每邊長約二厘米。另有用象牙製成一小方塊，四角缺刻，缺刻四邊的長度分別是上面所舉最小一塊邊長的四分之一、二分之一、四分之三和八分之一。比如用牽星板觀測北極星，左手拿木板一端的中心，手臂伸直，眼看天空，木板的上邊緣是北極星，下邊緣是水平線，這樣就可以測出所在地的北極星距水平的高度。高度高低不同可以用十二塊木板和象牙塊四缺刻替換調整使用。求得北極星高度後，就可以計算出所在地的地理緯度。
元代意大利的馬可波羅由6路來我國，在我國耽了二十多年後由海路回去。海路航線是經我國南海進入印度洋折而往西。馬可波羅當時是搭乘我國航海家駕駛的我國船舶回去的。在馬可波羅遊記中記載了當時我國海船和航海的情況。據遊記記載，海船由馬六甲海峽進入印度洋後，便有北極星高度的記錄，可見那時我國航海家已經掌握了牽星術。明代鄭和七次下「西洋」，「往返牽星為記」。可知當時航行在印度洋中的我國航海家已經十分熟悉牽星術了。明代牽星，一般都是牽北極星，但在低緯度（北緯六度）下北極星看不見時，改牽華蓋星（北極星是小熊座a星，華蓋星是小熊座b、γ雙星）。
明代在航海中還定出了方位星進行觀測，以方位星的方位角和地平高度來決定船舶夜間航行的位置。當時叫觀星法，觀星法也屬牽星術範圍之內。
明代牽星術的航海記錄，例如從古裡（今印度西海岸的科澤科德）到祖法兒（今阿拉伯半島東海岸阿曼的佐法爾）航路，在古裡開船，看北極星的高度是六度二十四分（折合今度，下同）。船向西北，船行九百公里到莽角奴兒（今印度西海岸的門格洛爾），看北極星的高度是八度。後船向西北偏西，航行一千五百公里，在大海中，看北極星的高度是十度。又船向正西稍偏北，航行二千一百公里，到祖法兒，看北極星的高度是十二度四十八分。把北極星高度用當時的算法拆算地理緯度，和現在各地的地理緯度基本相合。又從航路來看，航向和航程也和現在的骯路大致相同。由此可見，明代天文航海技術已經相當先進。
關於求天象出沒時間，明代航海家也有些規定。流傳下來的明末抄本航路專書中有太陽月亮的出沒時間表，還有「定太陽出沒歌」和「定太陰出役歌」。「定太陽出沒歌」文是：
「正九出乙沒庚方；二八出兔沒雞場；
三七出甲從辛沒；四六生寅沒犬藏；
五月出艮歸乾上；仲冬出巽沒坤方；
惟有十月十二月，出辰入申仔細詳。」
這是把十二個月的太陽出沒時辰用一歌訣來概括。正月、九月太陽出在乙時沒在庚時，乙時在卯時和辰時之間，庚時在申時和西時之間。又兔指卯時，雞指酉時。甲時在寅時和卯時之間，辛時在酉時和戌時之間。犬指戌時。艮時在丑時和寅時之間，乾時在戌時和亥時之間。巽時在辰時和已時之間，坤時在未時和申時之間。五月是夏至所在的月份，所以太陽出的時間要早，沒的時間要晚。仲冬是十一月，是冬至所在的月份，所以太陽出的時間要晚，沒的財間要早。這樣計時和天象實際相比是有些誤差的，但大致還適用。
據明代一些航海書籍記載，遠洋海船上各色人員俱備，其中陰陽官、陰陽生專管觀測天象。明末流傳的小說《三寶太監西洋記通俗演義》中記載，「觀星斗陰陽宮十員」。又說：」每一號船上面有三層天盤，每一層天盤裡面擺著二十四名官軍，日上看風看雲，夜來觀星觀鬥。」雖然這是一部小說，但多少也反映了明代航海中一些實際情況。
地文航海技術
我國古代地文航海技術的成就，包括航行儀器如航海羅盤、計程儀、測深儀的明和創造，以及針路和海圖的運用等。
航海羅盤是我國明的。我國明指南針後，很快使用到航海上。北宋時的指南浮針，也就是後來的水羅盤。宋代朱或敘述宋哲宗元符二年到徽宗崇寧元年（公元1o99年到11o2年）間的海船上已經使用指南針。宣和五年（公元1123年）徐兢到朝鮮去回國後所著《宣和奉使高麗圖經》中描寫這次航海過程說：晚上在海洋中不可停留，注意看星斗而前進，如果天黑可用指南浮針，來決定南北方向。這是目前世界上用指南針航海的兩條最早記錄，比公元118o年英國的奈開姆記載要早七八十年。
航海羅盤上定二十四向，二十四向我國漢代早有記載。北宋沈括的地理圖上也用到這二十四向。把羅盤三百六十度分做二十四等分，相隔十五度為一向，也叫正針。但在使用時還有縫針，縫針是兩正針夾縫間的一向，因此航海羅盤就有四十八向。大約南宋時已有這四十八向的明瞭。四十八向每向間隔是七度三十分，這要比西方的三十二向羅盤在定向時精確得多。所以三十二向的羅盤知識在明末雖從西方傳進來，但是我國航海家一直用我國固有的航海羅盤。
古時船上放羅盤的場所叫針房，針房一般人員不能隨便進去。掌管羅盤的人叫火長。明代《西洋番國志》中說：要選取駕駛人員中有下海經驗的人做火長，用作船師，方可把針經圖式叫他掌握管理。「事大責重，豈容怠忽。」可見航海羅盤是海船上的一個重要設備。
計程儀又叫測程儀。三國時期吳國海船航行到南海一帶去，有人寫過《南州異物誌》一書，書中有這樣的記載：在船頭上把一木片投入海中，然後從船向船尾快跑，看木片是否同時到達，來測算航航程。這是計程儀的雛型。一直到明代還是用這個方法，不過規定更具體些，就是以一天一夜分為十更，用點燃香的枝數來計算時間，把木片投入海中，人從船到船尾，如果人和木片同時到，計算的更數才標準，如人先到叫不上更，木片先到叫過更。一更是三十公里航程。這樣便可算出航和航程。
我國古代這種計程的方法，和近代航海中扇形計程儀構造很相近似。扇形計程儀也是用一塊木板（扇形），不過用和全船等長的游線繫住投入海中，然後用沙時計計算時間。沙時計一倒轉是十四秒。在游線上有記號，從游線長度算出航和航程。我國古代用香枝（也叫香漏），西方近代用沙時計（也叫沙漏），兩者實在是異曲同工。
我國至遲在唐代末年已有測深的設備。一種是「下鉤」測深，一種是「以繩結鐵」測深。深度達到六十多尺，這還是淺水測深。再稍晚一些，有記載說用綱下水測深，「綱長五十餘丈，才及水底。」綱是大繩，五十多丈，在已是深水測深了。
南宋末年吳自牧的《夢粱錄》上說：如果航海到外國做買賣，從泉州便可出洋。經過七洲洋，「船上測水深約有七十餘丈」。當時測水這樣深，可見我國宋代已經有比較熟練的深水測深技術了。
宋代已經有針路的設計。航海中主要是用指南針引路，所以叫做「針路」。記載鐵路有專書，這是航海中月積月累而成。這些專書後來有叫「針經」，有叫「針譜」，也有叫「針策」的。
凡是針路一般都必寫明：某地開船，航向，航程，船到某地。航向的名稱有下列各種：單向的，叫單針（也有叫丹針的），或叫正針。雙向的，以相鄰兩向並稱，就是上文提到的縫針。兩個航向合稱時，有四種情況：第一，先單向後雙向；第二，先雙向後單向；第三，兩個都是單向；第四，兩個都是雙向。還有過兩個航向合稱的。航程都用更計算。船到某地，就用四種不同稱號：第一，平，並靠的意思；第二，取，經過的意思；第三，見，望見的意思；第四，收，到達的意思。船舶在晚間航行時，要把牽星記錄寫入針路裡。又在航行過程中還要不斷測量水深，也要寫入針路。
現在把明代《籌海圖編》記載由太倉到日本的針路舉例摘錄如下：「太倉港口開船，用單乙針，一更，船平吳淞江。用單乙針及乙卯針，一更，平寶山，到南匯嘴。用乙辰針出港口，打水1六七丈，沙泥地是正路，三更，見茶山。自此用坤申及丁未針，行三更，船直至大小七山，灘山在東北邊。灘山下水深七八托2，用單丁針及丁午針，三更，船至霍山。……」這段文字不算難懂。現在已經現好幾種針路抄本，包括東洋和西洋的，我們要進一步研究。十六世紀初葡萄牙人航行於東南亞時，襲用了我國航海家所用的針路。
至於海圖，北宋徐兢《宣和奉使高麗圖經》上己有海道圖，這是我國航海海圖最早的記載，可惜原圖已失傳。我國現存最早的海道圖是明初《海道經》裡附刻的「海道指南圖」。
明茅元儀輯《武備志》二百四十卷，卷末附有「自寶船廠開船從龍江關出水直抵外國諸番圖」，這就是著名的「鄭和航海圖」。圖上的航程地理，和明代祝允明（146o—1526）《前聞記》所記宣德五年《公元143o年）鄭和末一次下「西洋」相合，推測這圖大概是十五世紀中葉的作品。「鄭和航海圖」已蜚聲中外，研究十五世紀中外交通史和航海技術史，都把這幅海圖作為重要的依據。
明末有些古籍記有「各處州府山形水勢深淺泥沙礁石之圖」，「靈山往爪哇山形水勢法圖」，「新村爪哇至瞞刺加山形水勢之圖」，「彭坑山形水勢之圖」等，這些圖都只保留了文字記載，原圖都失傳了。從這些海圖的文字說明看，當時海圖上都註明海上危險物（比如「有草嶼」、「有蘆荻」等），淺灘（比如「灣內淺可防」、「有泥淺」等），暗礁（比如「有沉礁在港口不可近」、「有沉礁打浪」等），沙州（比如「有沙礁」）以及岩石（比如「有老古石」、「有古老石岸」等）。這些和近代海圖上的要求大致符合。
清代前期保存下來的海圖，有西南洋各番針路方向圖一幅，彩繪紙本，時代大約在康熙五十年到五十四年（公元1711年到1715年）間，有東洋南洋海道圖一幅，也是彩繪紙本，時代大約在康熙五十一年到六十一年（公元1712年到1722年）間。這兩幅海圖現在都保存在北京故宮。