Proiettile, polvere e spoletta
Nel 1850, i pallini tondi solidi e la polvere nera erano le munizioni standard per i cannoni, mentre gli obici sparavano proiettili vuoti pieni di polvere accesi da spolette di legno riempite di polvere a lenta combustione. L’introduzione degli ordigni a canna rigata permise l’adozione di proiettili allungati, che, a causa delle loro forme aerodinamiche, erano molto meno influenzati dal vento rispetto alle palle rotonde e, essendo decisamente più pesanti delle palle di diametro simile, avevano una gittata molto più ampia. Tuttavia, il cambiamento di forma dei proiettili non influenzò all’inizio la loro natura. Per esempio, il proiettile shrapnel, introdotto negli anni 1790 dall’inglese Henry Shrapnel, era un guscio sferico confezionato con una piccola carica di polvere nera e un certo numero di palle da moschetto. La polvere, accesa da una semplice spoletta, apriva il guscio sopra le concentrazioni di truppe nemiche, e le palle, con la velocità impartita dal guscio volante, avevano l’effetto del fuoco di moschetto a lunga distanza. Quando entrò in uso l’artiglieria a canna rigata, il design originale Shrapnel fu semplicemente modificato per adattarsi ai nuovi proiettili allungati e rimase il proiettile standard dell’artiglieria da campo, poiché era devastante contro le truppe allo scoperto.
Grazie allo spin stabilizzante impartito loro dalle scanalature di rigatura, i proiettili allungati volavano molto più diritti delle palle, ed erano virtualmente garantiti per atterrare di punta. Sfruttando questo principio, i proiettili allungati riempiti di polvere da sparo erano dotati di spolette d’impatto, che accendevano la carica di polvere da sparo quando colpivano il bersaglio. Questo a sua volta portò all’adozione di proiettili riempiti di polvere come proiettili antiuomo. Nell’artiglieria navale, i proiettili perforanti allungati erano inizialmente fatti di ghisa solida, con le teste raffreddate durante il processo di fusione per renderle più dure. Alla fine, i proiettili furono fatti con una piccola carica di polvere, che esplodeva per attrito all’improvvisa decelerazione del proiettile all’impatto. Questa non era una soluzione del tutto soddisfacente, dato che i proiettili generalmente esplodevano durante il loro passaggio attraverso la corazza e non dopo essere penetrati nelle parti vulnerabili della nave, ma era ancora meno soddisfacente dotare i proiettili di spolette da impatto, che venivano semplicemente schiacciate all’impatto.
Tra il 1870 e il 1890 fu fatto molto lavoro sullo sviluppo di propellenti ed esplosivi. Le polveri senza fumo a base di nitrocellulosa (chiamate ballistite in Francia e cordite in Gran Bretagna) divennero il propellente standard, e i composti a base di acido picrico (sotto vari nomi come lyddite in Gran Bretagna, melinite in Francia, e shimose in Giappone) introdussero il moderno riempimento ad alto potenziale per le granate. Questi composti più stabili richiesero lo sviluppo di spolette adeguate per i proiettili perforanti, poiché l’attrito non era più un metodo affidabile per accenderli. Questo fu realizzato montando le spolette alla base delle granate, dove l’impatto contro le corazze non le avrebbe danneggiate, ma lo shock dell’arrivo le avrebbe innescate.
Le spolette a tempo, progettate per far scoppiare le schegge delle granate sulle forze di terra in un punto particolare della traiettoria della granata, furono gradualmente perfezionate. Queste di solito consistevano in un anello fisso che portava un treno di polvere da sparo, insieme ad un anello simile ma mobile. L’anello mobile permetteva di impostare il tempo di combustione variando il punto in cui l’anello fisso accendeva il treno mobile e il punto in cui il treno mobile accendeva l’esplosivo.
Durante la prima guerra mondiale queste spolette furono inserite nei proiettili antiaerei, ma si scoprì che bruciavano in modo imprevedibile ad alta quota. Alla fine furono sviluppate spolette a polvere che funzionavano in queste condizioni, ma la ditta Krupp si mise a sviluppare spolette a orologeria che non erano suscettibili alle variazioni atmosferiche. Queste spolette a orologeria furono usate anche per il lancio di shrapnel a lunga distanza; inevitabilmente, un esemplare intatto fu recuperato dagli inglesi, e il segreto fu svelato. Nel 1939 le spolette a orologeria di vari modelli, alcune con azionamento a molla e altre centrifugo, erano in uso generale.
La prima guerra mondiale vide anche lo sviluppo di proiettili specializzati per soddisfare varie esigenze tattiche. I proiettili fumogeni, riempiti di fosforo bianco, furono adottati per schermare le attività delle truppe; i proiettili illuminanti, contenenti razzi di magnesio sospesi da paracadute, illuminavano il campo di battaglia di notte; i proiettili a gas, riempiti con varie sostanze chimiche come il cloro o il gas mostarda, furono usati contro le truppe; i proiettili incendiari furono sviluppati per dare fuoco agli zeppelin pieni di idrogeno. Gli alti esplosivi furono migliorati, con il TNT (trinitrotoluene) e l’amatolo (una miscela di TNT e nitrato d’ammonio) che divennero i riempimenti standard delle granate.
La seconda guerra mondiale vide il miglioramento generale di questi tipi di granate, anche se le stesse caratteristiche di base furono usate e i propellenti senza fiamma, usando nitroguanidina e altri composti organici, gradualmente presero il sopravvento sui precedenti semplici tipi alla nitrocellulosa. La spoletta di prossimità fu sviluppata dalla ricerca congiunta britannico-americana e fu adottata prima per la difesa aerea e poi per il bombardamento a terra. All’interno della spoletta di prossimità c’era un piccolo trasmettitore radio che inviava un segnale continuo; quando il segnale colpiva un oggetto solido, veniva riflesso e rilevato dalla spoletta, e l’interazione tra i segnali trasmessi e ricevuti veniva usata per innescare la detonazione della granata. Questo tipo di spoletta aumentava le possibilità di infliggere danni ai bersagli aerei, e permetteva anche all’artiglieria da campo di far scoppiare i proiettili in aria ad una distanza letale dai bersagli terrestri senza dover stabilire l’esatta distanza per la regolazione della spoletta.
Dopo il 1945 la spoletta di prossimità fu migliorata dal transistor e dal circuito integrato. Questi permisero di ridurre considerevolmente le dimensioni delle spolette, e permisero anche di ridurne il costo, rendendo economicamente possibile avere una spoletta combinata di prossimità/impatto che potesse soddisfare quasi tutte le esigenze dell’artiglieria. L’elettronica moderna rese anche possibile lo sviluppo di spolette elettroniche a tempo, che, sostituendo il tipo meccanico a orologeria, potevano essere impostate più facilmente ed erano molto più accurate.