在此之前，宋朝的武器大多由各地制造，往往粗制滥造，质量低劣。许 多刀枪经过剥蚀，锈结成团、没有锋芒；有的盔甲甚至用纸麻缝就，稍一用 力就会破烂。有人形容说：别看国家的武器成千上万，可真能派上用场却少 之又少。然而在沈括等人的努力下，军器监成立仅一年多，各种军器生产增 加少则一两倍，多则数十倍，而且质量也有了极大的提高。据史书记载：此 时各种武器国家准备充足，质量有了保证。真要打仗，可以供应几十年。
三是沈括还研究了作战防御技术。他在进行上两项研究的同时，也研究 了城防战术，编著成《修城法式条约》一书。此书记载了当时城防用的敌楼、 马面及团敌等防御战术，并总结了防敌筑城的经验。
综观沈括参预王安石变法的这一历史时期，我们可以看出沈括不仅是一 位积极推行实践新法的政治家，同时也是一位杰出的自然科学家。他参与王 安石变法运动态度坚决而明确，为国为民办了不少实事。尽管他从河北回京 后，王安石曾一度听信大臣吕惠卿的谗言，对沈括产生了怀疑。但沈括始终 对王安石表示出尊敬与钦佩，从未说过半句怨言；就是在新法失败后，王安 石被罢相还乡，沈括在自己的著作中提到王安石还称之为丞相、荆公，并歌 颂他清正的人格和革新的精神。
四、出使辽国 主持三司
熙宁七年（1074年），宋辽边境形势紧张。辽国派使者到开封向宋神宗 递交了国书，上面指责宋军越过北方边界，增修防卫工事，破坏宋辽和约。 这实际上是辽已不满足于小规模的武力掠夺，而企图通过外交途径来占取宋 朝土地。不久，两国在边界举行了谈判。由于辽国本身只想占领土地，对于 是否和谈则不感兴趣，甚至派兵武力威胁。结果谈判从夏到冬，毫无结果， 陷入了僵局。
为了尽快解决边界问题，宋神宗就想派使者直接与辽统治者交涉，可是 派谁去合适呢？他很快想到了精明博学的沈括。于是准备让沈括在熙宁八年
（1075年）三月使辽。就在这时，辽方增派的使臣萧禧带着国书来到开封。 他一来就摆出一副蛮横态度，不肯以礼朝见宋神宗；辽国的国书也措词强硬， 不仅指控宋军越境挑动事端，而且将上次谈判出现僵局归咎于宋使，并再次 要求重新划分蔚州、应州、朔州三州边界。宋神宗同时得知辽国已在边境集 结军队，由于畏惧辽国，他同意作些退让。但萧禧得寸进尺，要求对于三州 土地以分水岭为界划分，这样辽是大占便宜的。按照惯例，使者在对方都城 停留时间不超过十天，但萧禧却赖在使馆不走，扬言不按辽国的要求办就决 不回去。这样，事情拖了一个月。
这时，沈括通过了解情况、查阅档案、研究地图，弄明白了边界的实际 情况。他对神宗说：“根据我国和辽国以往的条约和我国这次的让步，已经 符合辽国所谓的分水岭界线，可以同意辽国的要求，以阻止萧禧进一步提出 要求。为了摆脱萧禧的无理纠缠，并把两方以前签订的有关条约整理后通告 辽国，宋神宗决定撇开萧禧，立即派沈括使辽。萧禧闻讯，怕到手的功劳跑 掉，更何况以分水岭为界的要求已达到，所以他与宋朝代表交换了划界文书。 这样，两国边界谈判有了最终结果，这是建立在宋朝作了让步的情况下达成 的。为了把这个事实肯定下来，以免辽国再生事端，宋政府再派沈括使辽， 名义是赴辽答礼回谢。
沈括估计辽国不会就此罢休，此行必然困难重重。为了不辱使命，保卫 国家的领土主权，胜利完成使命，他作了充分周密的准备。沈括更加仔细地 查阅了档案文献资料，研读了有关文件几十篇。他不仅自己研究，同时要求 随员也都作到了如指掌。四月中旬，沈括率随行人员由京城出发了。早在出 发之前，沈括已经把个人安危置之度外，作了以死报国的决心。当到宋辽边 界雄州时，他写下了一封遗书，请哥哥沈披（时任雄州安抚副使）转呈朝廷， 信中大意是：
“假如臣不能生还，辽军必然倾国入犯，他们的军器武艺，都不及我方， 不过依靠军士能吃苦耐劳，行军不带粮草而已。制敌的方法，应该会合西山 的人马来守卫磁州、赵州。黎阳一带河道窄狭，容易被敌跨渡，所以应分澶 州、大名驻兵，去扼守黎阳白马津；同时怀州、卫州坚壁自守，以阻塞通路。 辽军难以西进，必从中路出兵长趋河桥，此时我军就可以决在齐贾河堤，引 水淹灌敌人，辽军即使有百万之众，也难免全军覆没。唐河发源于西山，可 以用沙袋将它壅塞，等到敌人北归，就决放河水断其后路，镇州、定州的守 军再火速出击，就会以迅雷不及掩耳之势，痛歼入侵之敌。”
这封遗书写得何等雄壮！在千钧一发的重大关头，沈括考虑的不是个人 的生命，而是国家的安危，这是一种多么强烈的爱国之心！
作为一位科学家，沈括也念念不忘科学研究。进入辽国后的一天黄昏， 雨过天晴，一道彩虹出现在前面的山涧之中。沈括不顾草深路滑到涧前观望， 又派人过涧与彩虹对立，进行实验观察，发现彩虹就变得有些模糊了。因此 他认为：彩虹是雨后折射阳光所形成的。并且发现彩虹的位置与太阳位置是 相对的。他还发现辽国境内有一种新奇的动物，它们前足很短后足很长，走 路时用后腿向前跳，这实际应该是归属于现代沙漠地区的跳鼠一类的生物。 沈括特地捉了几只，准备带回国研究。对于异国的风土人情，服饰习惯等情 况，他更是处处留意观察、记录，作为资料保存。这些不仅表现了沈括作为 一位科学家有着执着的探索精神，而且也反映了他作为一位政治家面对艰险 却镇定自如的无畏气概和必胜信心。
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