Proyectil, pólvora y espoleta
En 1850, la munición estándar para los cañones era la bala redonda y la pólvora negra, mientras que los obuses disparaban proyectiles llenos de pólvora hueca encendidos por espoletas de madera llenas de pólvora de combustión lenta. La introducción de la artillería estriada permitió la adopción de proyectiles alargados que, debido a sus formas aerodinámicas, se veían mucho menos afectados por el viento que las bolas redondas y, al ser decididamente más pesados que las bolas de diámetro similar, tenían un alcance mucho mayor. Sin embargo, el cambio de forma de los proyectiles no afectó al principio a su naturaleza. Por ejemplo, el proyectil de metralla, introducido en la década de 1790 por el inglés Henry Shrapnel, era un proyectil esférico cargado con una pequeña carga de pólvora negra y varias bolas de mosquete. La pólvora, encendida por una simple espoleta, abría el proyectil sobre las concentraciones de tropas enemigas, y las bolas, con la velocidad impartida por el proyectil en vuelo, tenían el efecto del fuego de mosquete efectuado a larga distancia. Cuando se empezó a utilizar la artillería rayada, el diseño original de la metralla se modificó simplemente para adaptarlo a los nuevos proyectiles alargados y siguió siendo el proyectil estándar de la artillería de campaña, ya que era devastador contra las tropas en campo abierto.
Debido al giro estabilizador que les proporcionaban las ranuras de las estrías, los proyectiles alargados volaban mucho más rectos que las bolas, y estaban prácticamente garantizados para aterrizar con la punta por delante. Aprovechando este principio, los proyectiles alargados llenos de pólvora se equiparon en la cabeza con espoletas de impacto, que encendían la carga de pólvora al golpear el objetivo. Esto, a su vez, condujo a la adopción de proyectiles llenos de pólvora como proyectiles antipersona. En la artillería naval, los proyectiles perforantes alargados se fabricaban inicialmente con hierro fundido macizo, y las cabezas se enfriaban durante el proceso de fundición para endurecerlas. Con el tiempo, los proyectiles se fabricaban con una pequeña carga de pólvora, que explotaba por fricción ante la repentina desaceleración del proyectil al impactar. Esta disposición no era del todo satisfactoria, ya que los proyectiles generalmente explotaban durante su paso a través del blindaje y no después de haber penetrado en los vulnerables mecanismos del barco, pero era aún menos satisfactorio equipar los proyectiles con espoletas de impacto, que simplemente se aplastaban al impactar.
Entre 1870 y 1890 se trabajó mucho en el desarrollo de propulsores y explosivos. La pólvora sin humo basada en la nitrocelulosa (llamada ballistita en Francia y cordita en Gran Bretaña) se convirtió en el propulsor estándar, y los compuestos basados en el ácido pícrico (con diversos nombres como lyddite en Gran Bretaña, melinita en Francia y shimose en Japón) introdujeron el moderno relleno de alto explosivo para los proyectiles. Estos compuestos más estables exigieron el desarrollo de espoletas adecuadas para los proyectiles perforantes, ya que la fricción ya no era un método fiable para encenderlos. Esto se consiguió colocando las espoletas en la base de los proyectiles, donde el impacto contra el blindaje no los dañaría pero el choque de la llegada los iniciaría.
Las espoletas de tiempo, diseñadas para hacer estallar la metralla del proyectil sobre las fuerzas terrestres en un punto concreto de la trayectoria del proyectil, se fueron perfeccionando. Suelen consistir en un anillo fijo que lleva un tren de pólvora, junto con un anillo similar pero móvil. El anillo móvil permitía establecer el tiempo de combustión variando el punto en el que el anillo fijo encendía el tren móvil y el punto en el que el tren móvil encendía el explosivo.
Durante la Primera Guerra Mundial estas espoletas se instalaron en los proyectiles antiaéreos, pero se descubrió que ardían de forma impredecible a grandes alturas. Se desarrollaron espoletas llenas de pólvora que funcionaban en esas condiciones, pero la empresa Krupp se dedicó a desarrollar espoletas de relojería que no fueran susceptibles a las variaciones atmosféricas. Estas espoletas de relojería también se utilizaban para disparar metralla a larga distancia; inevitablemente, los británicos recuperaron un ejemplar no dañado y el secreto quedó al descubierto. En 1939, las espoletas de relojería de diversos modelos, algunas con accionamiento por resorte y otras con accionamiento centrífugo, eran de uso generalizado.
La Primera Guerra Mundial también vio el desarrollo de proyectiles especializados para satisfacer diversas demandas tácticas. Los proyectiles de humo, llenos de fósforo blanco, se adoptaron para detectar las actividades de las tropas; los proyectiles iluminadores, que contenían bengalas de magnesio suspendidas por paracaídas, iluminaban el campo de batalla por la noche; los proyectiles de gas, llenos de diversos productos químicos como el cloro o el gas mostaza, se utilizaban contra las tropas; los proyectiles incendiarios se desarrollaron para prender fuego a los zepelines llenos de hidrógeno. Se mejoraron los explosivos, y el TNT (trinitrotolueno) y el amatol (una mezcla de TNT y nitrato de amonio) se convirtieron en los rellenos estándar de los proyectiles.
La Segunda Guerra Mundial fue testigo de la mejora general de estos tipos de proyectiles, aunque se utilizaron las mismas características básicas y los propulsores sin flash, que utilizaban nitroguanidina y otros compuestos orgánicos, fueron sustituyendo a los anteriores tipos simples de nitrocelulosa. La espoleta de proximidad fue desarrollada por la investigación conjunta británico-estadounidense y fue adoptada primero para la defensa aérea y más tarde para el bombardeo terrestre. En el interior de la espoleta de proximidad había un pequeño transmisor de radio que enviaba una señal continua; cuando la señal chocaba con un objeto sólido, se reflejaba y era detectada por la espoleta, y la interacción entre las señales transmitidas y recibidas se utilizaba para activar la detonación del proyectil. Este tipo de espoleta aumentaba las posibilidades de infligir daños a los objetivos aéreos, y también permitía a la artillería de campaña hacer estallar los proyectiles en el aire a una distancia letal por encima de los objetivos terrestres sin tener que establecer el rango exacto para el ajuste de la espoleta.
Después de 1945 la espoleta de proximidad fue mejorada por el transistor y el circuito integrado. Estos permitieron reducir considerablemente el tamaño de las espoletas, y también permitieron reducir el coste, haciendo económicamente posible tener una combinación de espoleta de proximidad/impacto que satisfaga casi todos los requisitos de la artillería. La electrónica moderna también hizo posible el desarrollo de espoletas electrónicas de tiempo, que, sustituyendo a las mecánicas de relojería, podían ajustarse más fácilmente y eran mucho más precisas.