有人說，中國人發明火藥後用來製造煙花供宮廷享樂，而歐洲則利用火藥製造武器。這種看法從一定意義上來說是正確的，但是，火藥作為一種具有巨大威力的新型物質，並沒有也不可能被智慧的中國人民所忽略，而是被迅速地運用到戰爭中去。西方國家也是在蒙古大軍西征的過程中，在對火藥及火器的威力有了切膚之痛之後，才逐漸認識和掌握並不斷改進火器製造和火藥配製技術，最終生產出讓近代中國蒙羞百年的火藥武器的。
火藥發明之初，由於受火藥燃燒力度以及對於火藥性能認識的限制，基本上只利用了火藥的燃燒性能，例如宋朝時期的梨花槍，主要利用安裝於長槍前端的噴火筒噴射火焰殺傷敵人，威力極為有限。此時的火器與其說是殺傷性武器，倒不如說是威嚇性工具，因而在與遊牧民族騎兵的作戰效果並不明顯。然而，當具備了身管、彈丸、火藥三種要素的突火槍問世之後，火器的發展便進入了一個前所未有的全新天地。
明朝是中國古代火器發展的最鼎盛時期。明朝建國之初，火器的發明和製作在世界上居於領先地位。但隨著承平日久，火器的發展開始遲滯起來，逐漸被西方國家超越了。而嘉靖之後，由於面對南邊的倭寇，北有韃靼和後金的多重威脅，火器在明朝又繼續發展起來。當時以徐光啟為代表的一批有識就提出了"有精兵而無精器以助之，是謂徒強"；"若有人無器，則人非我有矣"的思想，大力推動了火器技術的發展。一批具有遠見卓識的軍事將領，如戚繼光、孫承宗、袁崇煥等，編練了使用火器的新型軍隊，如神機營、戚家軍和孫承宗的車營等。
神機營
明朝的神機營是較為成熟地運用火器的最典型的代表。建立神機營的一個重要目的，就是為了對付退回到蒙古高原上的蒙古騎兵。
永樂八年（1410年），時為中國一部分的交趾（今越南）發生叛亂，明成祖朱棣命沐英率軍討伐。交趾地處熱帶，盛產亞洲象，並建立了一支頗具規模的戰象兵部隊。初時由於明軍缺乏對付這一兵種的經驗，吃了幾個敗仗。後來沐英發現，戰象對明軍的主要威脅在於其體型龐大，一般的冷兵器很難給其造成致命殺傷，加之明軍士兵從未見過如此龐然大物，心生懼意，導致戰線很容易就為敵人突破。在尋找如何對付交趾戰象兵的過程中，沐英發現戰象也有一個致命的弱點，那就是生性溫順，受到驚嚇後難於駕馭，容易踐踏自己方面的軍隊。於是，沐英大膽將當時明軍中的火器部隊調至一線集中發射，在殺傷敵軍的同時，還利用火器發射時的巨大聲響和火光來震懾戰象。交戰中，戰象受到驚嚇後四處奔走，衝亂了交趾叛軍的陣型，明軍趁亂猛攻獲得了勝利。
明成祖朱棣受此啟發，在京師戍軍中專門設立了使用火器的神機營，與三千營和五軍營並稱京師三大營。神機營擔負著"內衛京師，外備征戰"的重任，主管操練火器及隨駕護衛馬隊官兵，是朝廷直接指揮的戰略機動部隊，精銳中的精銳。神機營的中軍分設四司﹐掖﹑哨各分設三司﹐掌銃﹑炮等項火器。神機營與明初創編的衛所駐軍的編制不同，其最高編制級別為營，營編提督內臣（宦官）2人、武官2人、掌號頭官2人；營下編中軍、左掖、右掖、左哨、右哨五軍，各設坐營內臣1人、武臣1人，除中軍下領四司外，其餘各領三司；每司設監槍內臣1人、把司官1人、把牌官2人。營專習神槍、神炮。稍後，又得都督譚廣馬5000匹，成立了五千營，附於神機營，官員設置同神機營以下的各軍，營下編四司，每司設把司官2人。當皇帝親征時﹐三大營環守於皇帝大營﹐神機營居外﹐騎兵居中﹐步兵居內。
明朝前期神機營基本編制為：步兵3600人，配備霹靂炮（步兵火銃）3600杆，共配給火藥9000斤，八錢重的鉛子90萬個；騎兵1000人；炮兵400人，配備大連珠炮（多管火銃）200 杆及配套火藥675 斤，手把口（炮兵防身用手銃）400杆，盞口將軍炮（野戰重炮）160位。全營共計有官兵5000人。
神機營配備火器種類齊全，火器應用率高，在當時的條件下火力十分強大，應當被看做是中國古代的第一支以火器為主要裝備的新式軍隊。這種獨立槍炮部隊建制在當時中國乃至世界各國都處於領先地位，比歐洲最早成為建制的西班牙火槍兵（創建於1510年），要早一個世紀左右。
神機營建立以後，迅速成為朱棣手中對蒙古騎兵作戰的一支重要力量。神機營步兵作戰時採用三線配置的方式：第一線由火器操縱技術熟練、準確度高的士兵擔任，按照間隔一人的原則分兩批發射；第三排士兵負責裝填彈藥；第二排士兵則負責把發射後的火槍傳遞給第三排的裝填手，並把第三排裝填完畢的火槍傳遞給第一排的發射士兵手中。如此，通過三排士兵協同動作，有效地保證了火力的持續性和火力的密度，能夠在較短的時間裡較大地殺傷敵人的騎兵部隊。此一戰術最早為明初名將沐英所創制，直到二百多年後西方和日本才了有類似的戰術。神機營所轄五千營的騎兵主要配置在神機營步兵和炮兵的兩翼，在防禦中擔負起掩護側翼的任務，在進攻中主要擔負步兵和炮兵進攻之後的第二波次衝擊和追擊逃跑之敵的任務。
明成祖在親征漠北之戰中，提出了"神機銃居前，馬隊居後"的作戰原則，神機營配合步兵、騎兵作戰，發揮了重要作用，使火器的應用更趨專業化，神機營也成為明軍的一個兵種，為以後的戚家軍和車營的形成打下了基礎。
戚家軍
明朝嘉靖年間，倭寇在中國東南沿海一帶登陸，並與部分中國豪強地主相勾結，狼狽為奸，加之明朝政治的腐敗，軍隊戰鬥力的低下，導致一些島嶼，如茶山、馬績、舟山等為倭寇所佔領，成為其進攻大陸的前進基地。隨著其勢力的進一步發展，倭寇甚至還佔領了一些港口，如拓林、川沙等地，作為灘頭陣地，憑此以深入中國東南沿海的腹地攻城掠邑，尤以對富饒的蘇嘉杭地區和蘇北地區的入侵為甚。
嘉靖三十二年（1553年），倭寇先後進攻上海、蘇州、杭州、泰州等地，就連徽州和南京等地也遭到了洗劫。嘉靖三十四年（1555年），戚繼光調至浙江抗倭，任參將。為了從根本上解決當時明軍素質不佳，紀律敗壞，缺少訓練等問題，他到受倭寇為害最深的浙江義烏招募農民、礦工編練了一支三千人的新式軍隊。這支軍隊裝備了最新式的火器，採用了利於各種兵器發揮最大威力的新式陣法——鴛鴦陣，戰鬥力很強。嘉靖四十年，戚繼光率領這支軍隊，以寡敵眾，在一個月裡消滅倭寇5000餘人，取得了台州大捷。後來，戚繼光又赴義烏和金華招募士兵，擴大了這支軍隊，並率領這支軍隊屢戰屢勝，蕩平了浙江、福建、廣東等省的倭寇。這支軍隊也因其主帥戚繼光的緣故，而被稱為"戚家軍"。隆慶二年（1568年），戚繼光調任鎮守薊門的總兵官，在任期間進一步完善和發展了"戚家軍"戰法和編制。
戚家軍的編成大致可以分為東南抗倭和鎮守薊門兩個發展階段。兩者之間由於作戰地域、作戰對象的不同而有差異，但是在基本的編成上並沒有質的變化。
東南抗倭時期，戚家軍主要是步兵，總兵力三千至六千人。全軍分為軍、營、哨、宗、隊、伍等五個組織層次，分別由主將、把總、哨官、哨長、隊長和伍長擔任指揮官。每伍5人，2伍1隊，4隊1宗，5宗1哨，4哨1營，3~6營1軍。每伍有長牌手（或藤牌手）1人，狼筅手1人，長槍手2人，短兵手1人。每隊除有兩伍之外，設隊長1人，火兵（炊事員）1人。每個短兵手配備火箭6枚（弓弩發射），每哨配備火銃3門，哨以上單位的親兵還配備了一定數量的鳥槍。
鎮守薊門時期，"戚家軍"在步兵之外還編配了騎兵和車兵，總兵力達數萬人。其中，騎兵數量和步兵數量各約15000餘人，配備鳥槍和快槍各約1080~1620支，火銃1080門。騎兵每隊的人員及裝備組成大致為：隊長1人；伍長2人，配備鳥槍及雙刀；快槍手2人；鏜耙手2人，並裝備有火箭；刀棍手2人，以弓箭作為長兵，刀棍為短兵；大棒手2人；火兵1人。
隨著火器在戰爭中不斷運用，人們對於火器的認識不斷深入。儘管火器製造技術不斷改進，火器的威力大幅提高而重量大幅減小，但是，仍然不能滿足將大量火器運用於野戰的需要。其中最主要的制約因素就是火炮自身的機動能力。在這種情況下，古老的戰車又重新煥發了青春。但這時候的戰車與春秋戰國時代的又有所不同。明朝的戰車採用的是人力推輓，車上所載不是士兵而是各式火器，其中最具代表性的就是無敵大將軍炮戰車。這種戰車載有一門佛朗機大炮，依靠4人推輓進行機動。
戚繼光認識到火器和戰車相結合的優勢之後，立即上書請求建立專業的火器戰車部隊。據《明史》記載："繼光乃議立車營，車一輛，用四人推輓。戰則結方陣，而馬步軍處其中。又制拒馬器，體輕便利，遇寇騎衝突。寇至火器先發，稍近，則步軍持拒馬器排列而前，間以長槍、狼筅。寇奔，則騎兵逐北。"朝廷鑑於倭患日盛，批准了戚繼光的建議，籌建了車營。車營的編制和裝備大致如下：全營從上至下分為營、部、司、局、宗五個層級，分別由將、千總、把總、百總和車正統率。每宗1車，4宗1局，4局1司，4司1部，2部1營。全營裝備戰車128輛，計有佛朗機炮256門。此時的戰車每輛（宗）配備佛朗機2門，每門配子銃9個，火藥60斤，鉛子200個，火繩10根，士兵20人。為了加強士兵的防禦能力，每車還額外配備了4門鳥銃，附有搠杖4根，藥管120個，鉛子袋4個，細火藥24斤，鉛子1200個，火繩20根；配備火箭120支，火繩6根，火棒6根。
戚家軍的基本作戰單位是隊，其編排形式為：伍長為第一、二名，長柄快槍手為第三、四名，藤牌手為第五、六名，狼筅手為第七、八名，最後兩名為鏜耙手。戰鬥時，在銃、槍、火箭放過之後，以藤牌為第一層，狼筅為第二次，鏜鈀為第三層，長刀為第四層，槍棍為第五層，進行縱深梯次輪番衝擊。這種陣型被命名為"鴛鴦陣"（縱隊）和"三才陣"（橫隊），歐洲直到19世紀才出現與之類似的戰鬥隊形"散兵線"和"散兵行"。根據不同的作戰地形（山地、平原、丘陵等）和作戰性質（進攻還是防守），主將可以靈活確定採用哪種陣型。
戚家軍在宿營、行軍、集結、展開、進攻、設伏、圍攻、退兵等方面都有相應的規定，這些規定都被記錄在了戚繼光所著的《紀效新書》裡面，包括方營圖、立營圖、行軍圖、五營陣圖、立定交鋒圖、伏兵出戰回兵策應圖、圍攻之圖和退兵之圖等。需要特別指出的是，戚家軍在作戰的時候，力圖通過包圍和誘敵深入的方式來圍殲敵人：敵眾我寡，則圍三缺一，在敵人逃跑的過程中追襲、伏擊敵人；敵寡我眾，則四面合圍，力求全殲。另外，在戰局不利需要撤退之時，則採用交替掩護，逐次撤退的方法，以確保自己隊形的嚴整，不致為敵人所乘。
從武器裝備上看，戚家軍裝備了較多的火器（據統計，戚繼光所建步營、騎營，輜重營中使用火器的兵士，大約各佔該營兵土總數的50％、50％、58％），提高了火器的機動性；從戰法上看，一方面將冷兵器的效能發揮到極致，另一方面大力挖掘了火器的威力，兩者相互配合，形成了整體合力；從編制體制上看，戚家軍內混編了步兵、炮兵、騎兵和輜重兵，可以算作是一支合成軍隊。放眼當時的世界，戚家軍絕對是第一流的軍隊。
孫承宗車營
明熹宗天啟年間（1621-1627年），後金攻佔遼東之後，孫承宗任兵部尚書兼東閣大學士督師山海關、薊、遼、天津、登、萊等地。"承宗在關四年，前後修復大城九，堡四十五。練兵十一萬，立車營十二，水營五，車營二，前鋒後勁營八。造甲冑，器械、弓矢、炮石、渠答、滷盾之具合數百萬，拓地四百里，開屯五千頃，歲入十五萬。"威震後金。
當時孫承宗面臨的敵人是戰鬥力極強的八旗精騎。為了抗擊後金強大的騎兵部隊，他一方面採用"堅城與火炮"進行防守，另一方面創立了用於進攻的"車營"。"車營"就是以人力推輓的戰車為載體，裝備火器的部隊，與前面所述的神機營和戚家軍有一脈相傳的關係。在一定意義上說，這種車營具有近現代軍隊中裝甲兵部隊的某些性質和特點。孫承宗在其著作《百八叩序》中，一語道破了車營的最突出的特點，即"用車在用火"。這裡的"火"當指火器。孫承宗還進一步闡明瞭火器與戰車的關係，指出："其用車在用火，其用火在用疊陣，合水、陸、步、騎、舟、車、眾、寡，奇、正之用火，無一非疊陣。"又說，"火以車習，車以火用"，說明了戰車與火器相互依存，相互為用的關係。"迭陣"就是指諸兵種重迭的縱深配置，所以他的"車陣"也就是一種諸兵種成縱深配置的部署，其實質就是：一方面運用戰車防護敵騎兵的衝擊，另一方面利用大威力火器的密集射擊以及步騎炮兵的協同動作予敵騎兵以殺傷。孫承宗的這一嘗試，預示著冷兵器世代的即將終結和火器時代的即將到來，也預示著騎兵在戰場上的決定性作用受到了嚴重的挑戰。
車營的戰車大致可以分為戰車和輜重車兩類。前者用於作戰，由人力推輓；而後者則用於運輸給養，由牛牽引。其中，戰車又可以分為兩種，一種是偏箱車，每輛重六百斤以上，為"重型戰車"；另一種是輕車，每輛重在三百斤左右。
車營的編成可分為四類。第一類是步騎合成車營。這種營從上到下依次由營、衝、衡、乘四級構成，所轄步兵約3200人，騎兵2400騎，槍1984支，火炮264門，偏箱車128輛。車營的基本作戰單位是乘，每乘有步兵4隊（每隊25人），騎兵2隊（每隊25騎），共計兵力100人，裝備鳥槍2支，三眼槍16支（步兵6支，騎兵10支），佛朗機炮2門，以及運載火炮的偏箱車一輛。在車營的騎兵部隊中，還有精選了一支800騎的總預備隊，配備紅衣大炮8門，天虜炮80門。第二類是輜重車營。這種營轄車256輛，牛256頭，輜夫512人。第三類是督師部領車營，即督師直轄的騎兵營。該營編有騎兵3000騎，裝備大滅虜炮35門，小滅虜炮88門，三眼槍888支；另外，全營均配備弓箭，按照位置不同還配備有腰刀、板斧、鉤槍、牌刀等冷兵器。第四類是水師營。全營配備沙船約百艘，有水兵1500餘人，另有通訊、偵察用快船若干。每船裝備佛朗機炮4門，鳥槍2支，三眼銃2支，全營共有佛朗機炮384門，槍470支。在孫承宗的車營中，使用火器的人數在步兵中共佔到了56％，在炮兵中佔到48％，在水師營中佔到61％。這個比例比戚家軍為高。
孫承宗所建車營，裝備的武器中不僅有冷兵器，還有大量的火器；不僅有長兵，還有短兵；部隊編成上不僅有單一的車兵、步兵或騎兵，而且是由步、騎、戰、輜、水師組成的多兵種合成部隊。這就決定了車營的作戰形式是攻防、野戰、攻城、遭遇等多種作戰形式的交互運用和互相轉接。為了適應這些新情況，軍隊的戰鬥編成必須照顧到建制內的各種冷熱兵器、長短兵器，使小分隊內部能夠長短相輔、冷熱結合，分隊和兵種之間要能夠密切協同、互相配合，只有這樣才能有效發揮各種兵種和兵器的最大威力。
孫承宗的車營在戰鬥時，按照"步隊則鳥槍、郎機在前，而三眼、火箭在後，騎兵則弓箭、三眼大炮連環疊用"的原則配置各種兵器和兵力。作戰時，步、騎更出迭入，不僅要求做到騎與騎、步與步自相更疊，而且騎之與步，步之與騎之間也要互相更迭。只有這樣，才能做到"一營之馬、步、炮、矢，無一人一器不更番疊陣。"因此，採用疊陣的配置方式，使得長短兵器、冷熱兵器連環疊用，最大限度地保證了各種兵力兵器相配合，促進了車營整體威力的發揮。
孫承宗運用陰陽五行學說中的水、木、金、火、土相生相剋的原理，並結合了諸葛亮的"八陣"和李靖的"六花陣"，創制出了方、圓、曲、直、銳等五種陣法。孫承宗認為，"車之初為方營，而圓、曲、直、銳在所變。故每陣為伍，變而二十五"，要臨時"相地勢如法"。"五陣之變，必始於方"，方陣可根據地形變為圓、曲、直、銳等陣，這對合同作戰十分有利。所以，在五陣之中，方陣是最基本的陣形。
車營的基本編組形式為：中為主將，四面為衝。在每一衝下，包括騎、步、戰、輜混合編成為衡、乘。在騎兵中，選八百"權勇"，由主將掌握作為預備隊。四衝分列在中軍的前、後、左、右四個方位，而每一衝、一衡、一乘、一車也分為前、後、左、右四面，其中騎、步也分前，後、左、右，且"騎將領騎，步將領步"，自成系統。這種編組便於騎與騎、騎與步、步與步、步與騎之間互相更疊，從而更加適應丘陵、平原、山地等不同的地形條件，適應輕重緩急，並及時因時、因地、因敵變換作戰隊形。
從以上可以看出，孫承宗的車營戰法，既有防守亦有進攻，是一種諸兵種協同動作發揚火力克敵制勝戰法的雛形。
中國的火藥和火器經過數百年的發展，在明朝時期發展到了最高峰，火器的運用以及軍隊的編練也居於世界前列。但是，自滿清建立以後，中國無論是在火藥和火器的研製，還是在火器的運用和軍隊的編練上，都始終沒有更大的突破，甚至相比明朝更有嚴重的倒退，與西方的差距更是日益拉大。左公宗棠曾有言："使當時有人留心及此，何至島族縱橫海上，數十年挾此傲我？"中國古代火器的衰敗導致中華民族遭受了從1840年至1949年長達一百餘年的深重的民族災難。究其原因，主要有以下兩個方面的因素。
從主觀方面來說，清軍入關，滿族入主中原打斷了中國火器的進一步發展。從客觀方面來說，西方火藥化軍事革命的快速發展拉開了中西方之間的差距。1840年鴉片戰爭之後，中國因為受到外來入侵而被迫停止了沿著自身的道路進行火藥化軍事革命的腳步。中國古代火器的輝煌走向了終結。
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