进入十七世纪，明帝国的江山突然间变得风雨飘摇，东北部局势已经彻底失控，此时的明帝国早已经没有了创业之初的激情与活力，面对严峻的时局，靠什么来维系帝国的统治，摆在了庙堂高台的面前。
冷兵器OR热兵器
朱元璋时期，部队已经有大量的火器兵存在，但仍然是以冷兵器作战为主，热兵器为辅，朱元璋对于明军弓箭的射程有明确的要求，武将必须要射出160步，大约为240米，士兵要求是120步。不仅要射的远，同样还要求射的准，50步之内一定要上靶，而对于弩，要求40步内应该上靶。因此当时的明军不仅使用大量的火器，同时冷兵器作战要求也非常高。明代中后期开始进行禁海闭关，导致与其他民族及国家的军事交流停滞不前，最大的坏处就是火枪火炮技术始终停留在开国战争之时，甚至还有所倒退。
热兵器的优点就是无需强悍体能与格斗技巧，明代中后期军队中火器兵的比例达到三分之一以上，有的步兵部队火器的使用超过50%，但是这些火器的技术低级，射程过近，精度不高，最终导致了整体部队刀马弓驽水平大幅度下降，因此明帝国的武装力量是冷兵器向热兵器过渡不成功的部队。相反满洲铁骑依旧使用成熟传统的冷兵器作战技能，长年艰苦训练以及战场厮杀锤炼出了强悍的骑兵军。满清崛起后，经过萨尔浒等几次会战，明军惨败后迅速失去了辽东的控制权，只有关锦一线尚在手中，最后的堡垒宁远城岌岌可危。
徐光启与红夷大炮，为明帝国将倾的大厦竖立了一个支点
虽然明代实行闭关锁国，但仍然有许多欧洲人不远万里来东方，无论是行商谋利，还是传教，这其中有些人将欧洲的先进火炮技术推荐给了明帝国。欧洲在十六世纪开始科学革命，西欧各国纷纷建立起火器工厂，以工业形式生产出制式枪炮，同时东西方文明交流在宗教传播的背景下开展，一批具有普世爱人理想的宗教人士不远万里，不求回报的将西方的天文、数学、农学、水利等一些先进技术，向东方进行传播，这些技术引起了明帝国高层的兴趣，士大夫中如少詹士徐少启，光䘵寺少卿李之藻，兵部尚书孙元化等人或多或少从意大利教士那里学习到一些军事科技，并向朝廷倡议、引荐甚至是仿制。
最早的红夷大炮，是英国的一种舰载加农炮，英国的炮舰偶然在中国近海沉没，葡萄牙人打捞出红夷大炮经过适当维修后卖给明帝国，这就是最早一批红夷大炮的来历。于是在天启年间，从澳门购入11门红夷大炮，并聘请20余名外籍炮师及一名翻译用以训练帝国士兵使用。红夷大炮在战场上的出色表现，证明了当时英国火炮技术的先进程度远超过明帝国。
明代自己原本生产的火炮与西式红夷大炮的生产方式
在红夷大炮出现之前，明朝的铳炮大多是由椎击打造及铸造而成。椎击是用钢钻在金属管上钻出铳口，因为纯人力，所以进展很慢，一天也就一寸，且精度不高，明军许多火绳枪就是这种方法制作出来的。一些小型火炮是先用熟铁制成铁板，然后将铁板弯成圆弧形进行拼合成筒形后，再用铁钉将其固定，最后铣光炮膛，加装火门等部件，这种炮比生铁的要轻许多，但中间有缝，影响射击压力。
大型火炮采用铸造法，大体是分段铸造炮身，最后再拼接，这种铸造炮因为工艺问题，有炸膛风险。红夷大炮也是用铸造法，但却是一体铸造成型，且精度高很多，使用起来更安全，寿命更长。铸造红夷大炮，先做外模和内模，外模是用整木刨成炮身样式，然后往上涂抹掺有羊毛的胶黄泥和细黄沙，一直到厚度为模型的1.6倍左右，在涂抺中要绑上粗铁丝，铁条等物以作为骨架，数月晾干后，抽出木炮，红夷大炮的外模成形。内模是与火炮的内膛一致，核心是一根铁柱，外面涂上泥层。有了内外模，后面就是铸炮，外模竖立在铸炮台中，再把内模置入外模内，中间浇入铁水或铜水，粗坯就这样出现。最后工匠们对粗坯进行复杂精细加工直到红夷大炮成品出现，现在北京还有一门这样的大炮摆放于德胜门。
庞大帝国拥有数量众多的大炮，依然无法避免灭亡的悲剧，红夷大炮的射程与炮管的角度有关，炮管与地面水平时最近，45度角是最远。为了测量角度，大炮还配备了“量铳规”，规上有刻度，这些测量方式与仪器皆是西方人传授。明末《西法神机》罗列了用“量铳规”对火炮测试的数据，平度时射程约为268度，一度时为595步，二度时793步，三度时953步，五度为1039步。六度为1050步。炮手在开战前先进行测试射击，并与量铳规的数据进行对照，官方还制作数据册便于炮手计算。红夷大炮作为制式火炮，射程远大于明式火炮，精度更高。正是依靠这种火炮，明军在宁远城下，第一次打败了冷兵器天下无敌的满州铁骑，虽然当时的红夷大炮还是实心弹，但这种实心弹从炮口高速出膛时爆发出的冲击力，对于进攻方的骑兵无疑是种恶梦，能轻易开出一条血路，呼啸而至的雷霆所造成的心理杀伤力比爆炸弹更加恐怖。
明帝国在军事失败的压力下迫于形势还从欧洲引进了多种型号的火炮，《兵录》记载，有半蛇铳，大铳，倍大蛇铳，飞虎铳等众多口径不一的小型火炮。明末孙化元的著作《西法神机》，焦勖的《火攻挈要》都是受利玛窦的影响，具有相当科学性。
徐光启的科技影响
徐光启生于嘉靖年间上海县，也许是一种预示，几百年后上海会成为东西方文化交流的窗口。早年科举不中，后在广州结识了西方传教士，并对宗教产生了兴趣，自此之后，他的人生出现了转机，1597年受到主考官焦竑赏识而中举，1603年在南京正式受洗加入天主教，次年高中进士，为翰林院庶吉士，徐光启与天主教有着不解之缘。1606年与利玛窦合作翻译编写《几何原理》，1608年，邀请天主教人士郭静居在上海开始传教。在其后若干年，其不断的翻译并撰写大量的科学著作。1620年，徐光启以同教人士的关系前往澳门，以优惠的价格购入四门红夷大炮，这些火炮成为之后明帝国自制火炮的基础。其学生孙化元，受徐光启影响，成为西洋火炮少有的专家，对火炮的制作与火药的配比经验丰富，手下有一大批火炮技师，这些人可以说是明帝国未来军火工业的基础。徐光启是明末最早接受西方科技的高级官员，在他的影响和带领下，促进了明末火炮技术的升级，深刻影响了辽东战局的发展。
明帝国的城防工事
早期的城池多是由砖石和土木筑成城墙，有条件的外围还有一圏护城河。到了明末，辽东战争的激烈程度前所未有，明军大量的火器部队参战，后金军在战争中不断缴获明军的火枪火炮，数以万计，同时大量明军炮手和火枪手投降加入后金部队，使得原本野心勃勃，雄心万丈的满清统治者如虎添翼。古代的城墙往往有角楼与敌台，角楼是城墙四个角，而敌台是城墙上间隔突出的若干方形高台，守兵在高台上可以彼此交叉射击，然而敌台多是方形，容易形成射击的死角，并且方形的敌台容易遭到对手炮击而损坏，鉴于此，设计者就不断的改良之。以西方城堡来说，他们也有敌台，只是经过改良后变成了圆形，意大利人处于欧洲战场的中心，他们发明了棱堡，将敌台建筑成棱形，这样对方的炮弹即便正中也容易偏滑，并且射击死角也减少许多。
徐光启在利玛窦的影响下，对西洋列国的城防建筑非常推崇，他在1621年上书，指出辽东守军一方面避免将重型火炮置于城外，应该架设在城上，并按西洋建筑方式，建造炮台敌台，以铳炮保卫城墙，炮台敌台以三角形，棱形，或是圆形为主。在徐光启的影响下，浙江按察使陈亮采，兵部尚书崔景荣，刑部尚书黄克缵等人均赞同这种方式，在与蒙古接壤的宁夏沙拜等地就建起了这种西式敌台。徐光启的文献中记载，用砖块与石材，砌成圆形敌台与主城墙连为一体，墙壁厚度为一丈有余，高度达到三十米，内分三层，之所以要建筑如此高大，可能是当时的后金尚未掌握火炮技术，不过从敌台与城墙的高度可以看出，明末建筑工程量之宏大。
徐光启的学生，孙化元于天启年间分别在山海关，桃林，喜峰口，一片石，宁远等要塞构筑西式炮台，也说明此时的辽东战事激烈程度之高。明代以徐光启为首的知识分子留下了大量的关于棱型城墙的建筑文献，这些作者大多与天主教关系密切，如天主教徒的魏学谦，认为应该在敌台以外再建三角附城，其地基由巨石砌成，城墙由土夯实，炮弹对这种建筑影响有限，这种建筑风格与孙化元的四种铳角，异曲同工。天主教徒韩霖认为，大炮在炮击时会产生后座力，因此炮台的设计应该是前低后高，这样有利于复位，并且炮台高度要下降，这样能降低敌方炮弹的命中率。明帝国在全国各地建筑了许多具有西式敌台的要塞，这与徐光启等开明大臣的影响有很大关系。
明帝国最终的结局，亡于内外战争的双重打击，虽然天灾人祸不断，最本质原因还是由于自身统治者的无能，末代皇帝崇祯不断的自毁长城，决定战争胜负的最关键因素是人。历史的潮流无法阻挡，最多就是一个时间长短而已。