При всем том китайцы не умели использовать Солнце для определения географической широты[38]. Это знание стало доступно португальцам примерно в 1474 г. С тех пор они могли определять широту в светлое время суток как в Северном, так и в Южном полушарии. Китайцы же не умели определять географическую широту к югу от экватора, где Полярную звезду не было видно. Отыскать в небе над Южным полушарием столь же яркую звезду, как Полярная, которая могла бы играть аналогичную роль, являлось всегдашней мечтой любого китайского навигатора.
В VII в. н. э. китайцы уже умели выдерживать правильный курс корабля с помощью компаса и знали о магнитных полюсах и свойствах магнитов. Тонкая пластинка намагниченного железа плавала в масле; при этом один конец ее всегда указывал в сторону «магнитного» севера. В 1421 г. китайские моряки двигались в нужном им направлении, руководствуясь вполне надежным компасом, имевшим погрешность в пределах двух градусов. Пройденное расстояние китайцы измеряли с помощью песочных часов. В больших песочных часах Песок пересыпался из одной стеклянной сферы в другую в течение двух с половиной часов: именно столько времени, сколько продолжалась морская вахта. К концу вахты моряк Умножал среднюю скорость корабля на два с половиной и заносил полученные данные в вахтенный журнал.
Однако вычисление географической долготы представляло собой проблему, которую китайцам не удавалось разрешить вплоть до начала шестого, и последнего, путешествия Золотого флота Чжэн Хэ. Изменения в долготе зависят от четырех вещей: курса корабля, его скорости, времени движения и от того, на юг или на север от экватора движется судно. Отмечая по песочным часам время, зная скорость судна и его курс по компасу, капитан мог с достаточной степенью точности определить изменения в долготе. Однако подобное определение географической долготы таило в себе существенные недостатки. Если водная поверхность, по которой двигался корабль, в силу разных причин сама находилась в движении относительно неподвижного берега или более стабильных водных масс — например, если корабль подхватывало сильное морское течение, — моряку было трудно правильно вычислить долготу. Это можно было сделать, лишь замеряя так называемое «абсолютное» время, чего, к слову сказать, европейцам удалось достичь лишь через три с половиной столетия после описываемых событий, когда Джон Хэррисон изобрел морской хронометр. Но к началу шестого путешествия отсутствие точного инструмента стало причиной значительных ошибок китайцев в вычислении долготы. Навигация по Полярной звезде позволяла определять долготу к северу от экватора сравнительно с большой точностью, но при отсутствии этого нерукотворного маяка и наличии движения самостоятельных мощных водных масс определение долготы представляло большую проблему, которую китайцам удалось разрешить лишь в самом конце великого путешествия.
Имея за плечами многовековой опыт морских путешествий по бурным морям, китайские морские инженеры разработали конструкцию прочного морского судна, которое собиралось из отдельных секций. Каждая секция имела с обеих сторон водонепроницаемые переборки вроде перегородок, существующих на стебле бамбука. Секции судна скреплялись между собой с помощью латунных или медных штырей, каждый из которых весил несколько килограммов. Изготовленный из тика каркас судна обшивался тремя слоями досок из твердых пород дерева с помощью гвоздей. Промежутки между досками заполнялись кокосовыми волокнами и заливались смесью из расплавленного тунгового масла, извести и птичьего клея. Этот своеобразный водоотталкивающий лак использовался для придания герметичности деревянному корпусу судна, начиная с VII в. н. э. Однако для строительства и снаряжения большого флота такого лака требовалось очень много. По этой причине на берегах Янцзы во времена правления императора Чжу Ди выросли целые плантации тунговых деревьев.
Морские инженеры, работавшие на Лунзянских судостроительных верфях, стремились создать корабли, способные выдержать даже самые суровые океанские штормы. Усиленный особенно прочными деревянными брусьями форштевень корабля позволял ему рассекать любую волну, а изготовленный из тика киль, идущий по всей длине судна, помогал сохранять остойчивость при качке. Для еще большей остойчивости к нижней части судна вдоль киля прикреплялись металлическими скобами особой формы тяжелые камни. Помимо основного, существовали и съемные кили, которые по мере необходимости можно было опускать и поднимать как с левого, так и с правого борта. Чтобы уменьшить качку, во время шторма с правого и левого борта в воду опускали также специальные якоря — своего рода стабилизаторы качки. Китайские корабли были так искусно построены, что даже при сильном волнении качка на них почти не чувствовалась.