當東南沿海的作坊裡響起改進的織機聲與錘鍛聲時，在北京西山 格致院深處一間戒備森嚴的實驗工坊內，一種更為低沉、有力、且充滿未來感的轟鳴，正在嘗試打破寂靜。
這裡進行的，是一項被陳遠列為“絕密”、代號“火龍”的工程——蒸汽機的研發。
對蒸汽動力的興趣，源自陳遠超越時代的眼光，也源於現實需求的推動。
在視察京西煤礦時，他看到礦工用簡陋的人力或畜力水車從越來越深的礦井中抽水，效率低下，事故頻發；在通州漕運碼頭，看到縴夫在運河岸邊艱難拉拽過載糧船；在景德鎮，聽聞瓷窯對更穩定高溫的渴求。
他模糊地知道，歷史上瓦特的蒸汽機將如何改變世界，他決心讓這個變革的種子，儘可能早地在東方發芽。
然而，知識是模糊的，技術是空白的。
陳遠只能給出最基礎的原理描述：“用水燒開，產生蒸汽，蒸汽推動一個活塞在汽缸裡往復運動，再透過連桿曲柄把往復運動變成旋轉運動，就可以帶動機器。”
這寥寥數語，成了格致院院長徐光啟、機械館待詔薄珏（擅長光學機械）、以及幾位被特許參與、簽署了最嚴格保密協議的耶穌會士（如南懷仁，精通機械）和荷蘭技師 面臨的終極挑戰。
研發之路，充滿挫折與奇思妙想。
首先，是材料關。
要承受高溫高壓的蒸汽，普通的鑄鐵容易炸裂，鍛造的鐵質又不均。
工部的匠人們嘗試了多種配方，最終在江西 產的一種特殊高嶺土 加入鑄鐵，並改進退火工藝，勉強得到了能承受數個大氣壓的鑄鐵汽缸 和活塞，但加工精度極低，漏氣嚴重。
其次，是密封關。
活塞與汽缸之間的密封是難題。
嘗試過麻繩、皮革、塗油，效果都不佳。
後來一位老工匠提出用浸油的石棉繩 纏繞，外面再套銅箍壓緊，才勉強達到了可用的密封效果，但仍需不斷調整維護。
第三，是結構設計。
最初的模型完全照搬陳遠描述的“單動式”理念：一個立式汽缸，底部加熱產生蒸汽推動活塞上升，然後切斷蒸汽，靠冷凝或配重使活塞下降，如此往復。
但如何自動、及時地切換蒸汽進出，控制冷凝？這需要精巧的閥門和配氣機構。
薄珏和南懷仁等人絞盡腦汁，設計了由活塞桿帶動的滑閥 裝置，透過連桿和凸輪，試圖實現蒸汽進入、排出、冷凝的自動迴圈。
圖紙畫了又改，模型做了又拆。
第四，是冷凝效率。
最初的模型採用噴水冷凝，即在汽缸內噴入冷水，使蒸汽迅速凝結形成真空，拉動活塞。
但這造成汽缸溫度驟變，加劇材料疲勞，且冷凝不徹底。
後來改為獨立冷凝器——在汽缸旁另設一個容器，透過閥門將做功後的蒸汽匯入其中，用冷水在外包圍冷卻，形成真空，再與汽缸連通。
這一改進顯著提高了效率，是瓦特式分離冷凝器的雛形，雖然還很粗糙。
啟明十二年秋，在經過不知多少次失敗、爆炸、洩漏和重新設計後，在格致院後山一處有溪流提供動力的偏僻工坊裡，第一臺勉強能連續運轉的“實驗型火力抽水機”被組裝起來。
這臺機器無比笨重粗糙：一個高達六尺、直徑一尺的鑄鐵汽缸豎立在磚石基座上，外壁包裹著泥土和磚塊砌成的爐膛，燃燒著煤炭。
。桿塞活水的池水蓄個一近附向通著連端一另的木衡平，木衡平的大巨個一著線連端一另桿連，構機 柄曲桿連和 箱閥的雜複是部頂缸汽
。卻冷水溪由，凝冷立獨的管盤著帶個一是邊旁
。出冒嘶嘶隙各從煙煤和汽蒸，響作呀吱，箍鐵的固加時臨和丁補、釘鉚滿佈機臺整
