对此刘星羽也不在意，并未鼓动桃源强行推广短发，即使是他自己，也觉得女子还是留长发更容易体现出女性的妩媚来，如今他建议在义勇中试行短发，并不是要改变传统观念，说到底，也只是为推行新式头盔必须的一个措施。而新式头盔，并非刘星羽打算给义勇装备的神兵利器，其实只是研究过程中他灵机一动设想出的一个附带产品，星羽自己也没有非常重视，若不是因为他的主要目标进展不顺，星羽根本不会为了在义勇中试行新式头盔浪费时间。如今新式头盔得到应用，他的研究也算取得了一点阶段性成果，刘星羽稍稍自我鼓舞了一下，又集中精力继续去攻克自己最先预定主要目标－－他最开始给义勇设想的神兵利器，其实是火炮。
火器对大宋来说并不是什么匪夷所思、神鬼莫测的武器，大宋军中如今早有装备。当然在民间来说，关于火器和火药的种种制作方法，无疑还是天大的机密。但是对刘星羽和桃源科学院（来到桃源之后，在刘星羽的建议主持下，以刘府后院的杰出匠人、奇人异士和部分书院弟子为基础，组建了桃源科学院）的人来说，大宋的火器实在没什么神秘可言。先说火药，一硝二磺三木炭，在桃源科学院几乎是人人皆知的顺口溜，而且借着远比大宋精确和丰富的度量工具，以及专业的实验记录和分析，桃源科学院首先提出了爆炸当量的概念及其标准度量单位。在此基础上，科学院更是通过大量的实验，总结出了火药用量与爆炸当量之间的经验公式，如此一来，在外人眼里危险之极的爆炸实验，在桃源科学院则成了一种安全系数很高的常规性实验：利用精确的天平严格度量使用量，每次实验只用少量的火药，则爆炸和燃烧的威力就在一个可以控制的范围，再根据精确的实验结果，把用药量和得到的爆炸当量代入经验公式，通过多次实验，就可以相当精准的确定出各成份比例不同、以及形态不同的一大类火药的不同爆炸当量，最后在安排几组验证实验证实结论即可。通过这种方法，科学院不仅精确的确定出了硝石、硫磺、木炭间的最佳比例，还确定出了这种黑火药的最佳加工方法、最佳形态（粒态）、最佳储存方式等。
如果仅仅是改良了现有火药，刘星羽和桃源科学院还不足以傲视大宋。改良现有火药，其实只是一个总结经验和规律过程中的额外收获，有了安全准确的实验程序和相当的知识积累，刘星羽便向科学院有关人员（那时还只是一些在这方面比较杰出的匠人和他们的学徒）提出：按照不同的需要，发明新火药。这个目标听起来很遥远，绝非短时间内能够实现，但在当时的社会科学技术大背景和刘府后院取得的一些突破的基础上，再有刘星羽偶尔激发出的思想火花，在数年内，他们竟真的试制出了数种不同的火药。
除了五金（金银铜铁锡）之外，此时已经有了提炼锌铅汞的方法，如硫磷碘等非金属元素的提炼，在一些道门的炼丹密笈里同样有所涉及。刘星羽用燃烧实验证明了空气也是一种实实在在的物质，最少是由两种不同的成份组成，其中约五分之一是可以助燃和帮助动物生长的成份，星羽称之为氧气，另外的成份则比较复杂，其中最多的，是一种比较稳定的气体，星羽称之为氮气。桃源科学院已经论证了物质存在固气液三种基本形态，以及三种基本形态相互转化的条件和基本性质，在此基础上，刘星羽和几个科学院的成员建立了气体温度压强体积之间的关系公式，星羽更作出推论：通常所说的爆炸，本质上是气体在受到约束的情况下，压力超过一定限度突然释放出来的结果。因此，只要能持续的增加压力，即使不发生燃烧，爆炸同样可以发生。当然，最方便的产生爆炸的方式，还是使受约束的物质猛烈燃烧，放出大量的热，并使物质从固态和液态向气态转化。以此分析黑火药的爆炸原理，硝石受热放出氧气助燃，木炭粉和硫磺激烈燃烧，放出大量的热并转化为气态物质，受到约束时，即可发生爆炸。在这个阶段还发生了一个小插曲，大致得出气体压强、温度、体积三者之间的关系公式后，有个科学院的成员突发奇想：既然物质从固态或液态转变为气态的体积增加很大，产生的压力甚至能发生爆炸，那么能不能用这种力推动机械运转呢？再结合日常生活中最常见的一些现象，这个成员居然弄出了蒸汽机的雏形――当然眼下只是图纸，而且看起来就像一把大茶壶。刘星羽看到这个图纸后，感叹了一番，把这个名叫李拴娃（因为来自民间，很多科学院的成员只有乳名，连个大名也没有）找来，好好的交流了一番，以李拴娃为负责人，成立了一个项目小组，专门研究蒸汽机，李拴娃也正式改名为李铮。
有了这个推论，科学院便可以从几个方面去寻找和实验合成更适合不同用途的炸药。首先是助燃物质，目前主要是受热等情况下可以释放氧气的物质;其次是燃烧物质，与氧气反应放出大量的热和转变成气态体积急剧膨胀的物质;第三是催化物质，促进反应彻底快速进行。另外还有钝化物质和起爆物质，使爆炸按需要的方式进行，以及在储运时保证炸药的安全等等。
刘星羽还指导着众人合成了一类硝基炸药。生产皂类时，生成的提炼物质里有醇类，通过蒸馏提纯，最后得到了相当浓度的甘油。当年刘府后院制出直流电池等工具后，星羽收留的一个游方小道士牛道元竟然制出了盐酸和硫酸，并与星羽合作，进一步制出了浓硝酸。再往下就是顺理成章的事情，就算没有刘星羽指点，科学院那些释放出强烈求知欲的科学家们，拿到这些新物质后，总要进行千奇百怪的实验，迟早自己也能合成出**。当然，过程可能就不会是现在这样，没有人在实验中受到伤害啦。
科学院得到启发，接连推出硝基炸药不提，关于这个牛道元却是有点意思。牛道元本是一座道观收养的孤儿，十五岁时正式成为道观里的一名道士。大宋推崇道教，身为正式授可道籍的道士，牛道元本不至于落到要靠别人收留的地步。不过这个牛道元一心只爱炼丹之术，对道典全无兴趣，少时学习道家经典参研道义，其实只是他成为道士的一块敲门砖，真作了道士以后，立刻原形毕露，把那些道典抛在一边，只一门心思的钻研炼丹之术。道观的观主说了牛道元几次，发觉没什么效果，干脆一狠心，把他赶出去云游，磨练心性。没想到牛道元反而如鱼得水了，四处游历寻访道观，凭了一手精纯的炼丹技艺和同道交流，更是学到了不少别的道士的独家丹方和炼丹手法。后来牛道元游历到泉州，终于碰到了他的一场大劫：泉州靠海，又多有在海上讨生活的人，信奉的是妈祖观音等能保佑海上安全的仙佛大能，对于求长生的道家丹术并不推崇，所以道教在此地不算兴旺。牛道元也是一直顺利惯了不善用言语化缘，等他发觉不对，想要离开此地时，竟然已经穷困潦倒，只能靠一些花哨的炼丹手法在街头乞讨，被星羽碰到后收留进刘府后院。进了刘府后院，牛道元被星羽那些别处心裁的提炼方法所折服，干脆还了俗跟其他人一样加入刘府后院，后来更成了科学院中的一个领军人物。