皇后禁止的是“秘室操持、烟异色诡”的危险实验，但砲械的设计和改进，更多涉及结构力学、材料选型和机械原理，这些都可以在“光天化日之下”进行，相对“稳妥”，不易授人以柄。
赵楷立刻行动起来。他没有直接去设计新砲，而是首先一头扎进了将作监和兵部武库司的档案库，查阅所有关于现有砲械的图纸、记录和战例报告。
他需要先了解这个时代的砲械水平。
查阅的结果，让他心情沉重。
宋军现役的主力砲械，主要是单梢砲、双梢砲、七梢砲等牵引式投石机（人力拉拽），以及少量配重式投石机（砲梢一端挂重物，利用重力势能抛射，但结构原始，效率低下）。这些砲械体型庞大，操作繁琐，射程近（大多百步至二百步），精度极差，威力有限，主要用于守城时抛射巨石、火球、毒药罐等，威慑大于实效。
其设计思路，大多沿袭古制，改进缓慢。材料以硬木为主，关键部位用铁件加固。制造全靠老师傅的经验，尺寸、比例、结构五花八门，几乎没有标准化可言。一架砲从制作到调试完成，耗时耗力，且极易损坏。
面对西夏可能出现的“超大型配重砲”，现有的宋军砲械，无论是在射程、威力还是可靠性上，都处于绝对劣势！
“必须设计一种射程更远、威力更大、操作更简便的新式砲械！”赵楷在心中呐喊。
然而，设计新砲，谈何容易？
他面临的第一个难题，依旧是材料。砲械的主体是木材，需要高强度、高韧性的优质硬木（如榆木、栎木）。但优质木材资源紧张，且受限于加工能力，大型构件的强度难以保证。金属件（轴、销、箍）则受限于冶炼水平，强度和耐磨性不足。
第二个难题是动力。牵引式砲依赖人力，效率低，难以实现远射程和重弹丸。配重式砲是方向，但如何计算配重与射程的关系？如何设计高效的能量传递机构？如何保证结构的强度和稳定性？
第三个难题是精度。投石机的精度本就感人，如何通过结构优化，减少振动，提高发射的一致性？
这些问题，每一个都涉及深奥的力学原理和工程实践，远超赵楷前世机械工程师的日常范畴，更别提在这个缺乏理论支持和计算工具的时代了。
他再次感到了自身知识的局限和时代的巨大鸿沟。
但他没有退缩。他决定从最基础、最“稳妥”的地方入手——结构优化和标准化。
他选择从现役最多的单梢砲和双梢砲开始分析。他让鲁小鱼和铁蛋带人，实地测量了几种现役砲的详细尺寸，绘制成相对精确的图纸（用了他的标准尺和角度规），记录下砲梢长度、配重（或拉索数）、射程、弹重等数据。
然后，他尝试用最原始的杠杆原理和能量守恒（模糊概念）进行估算，寻找现有设计中的不合理之处。
他发现，很多砲的砲梢比例、支点位置、拉索角度都存在很大优化空间，材料使用也很粗放，导致效率低下。
他开始设计改进方案：
? 优化砲梢的长径比和截面形状，在保证强度前提下减轻重量，提高回弹速度。
? 优化支架结构，增加三角支撑，减少发射时的晃动。
? 统一关键部件的尺寸和接口，如轴套、销钉、拉环等，实现部分零件的互换，便于战场维修。
? 设计更合理的配重筐（用于配重式砲）或拉索布局（用于牵引式砲），提高能量利用率。
他甚至异想天开地尝试引入扭力弹簧的概念（用牛筋或绳索绞紧提供弹力），但很快放弃，因为这需要全新的结构，过于“诡异”，且材料性能无法保证。
他将改进方案写成条陈，附上详细图纸和数据对比，呈送给曹玮。
曹玮看了之后，颇为惊讶。他虽然不懂技术细节，但能看出赵楷的方案有理有据，并非凭空想象，尤其是“标准化”和“结构优化”的思路，确实切中现有砲械的弊病。
“嗯，条陈甚详。然，纸上谈兵，终需实证。”曹玮批示，“准尔试制一架改进型双梢砲，于京郊演武场试射验证。所需物料，报工部核准支取。”
拿到了“试点”许可，赵楷兴奋不已。他立刻组织人手，严格按照图纸和标准，精选木料，加工零件，开始制作改进型双梢砲。
过程依旧困难重重。大型木构件的加工精度难以控制，铁件强度不足，组装调试全靠经验。但凭借着“标准化”的思路和相对严谨的图纸，制作过程比以往有序了许多。
一个月后，一架体型略显“怪异”（相对于传统砲）的改进型双梢砲在京郊