Ngòi nổ cận đích
Chiến tranh thế giới thứ hai > Những cải tiến ngòi nổ của Mỹ

Từ trước khi người Anh bắt đầu phát triển ngòi nổ cận đích, người Mỹ đã có những nghiên cứu của riêng mình, với các thí nghiệm của Richard B. Roberts, Henry H. Porter, và Robert B. Brode dưới sự dẫn dắt của Merle Tuve. Theo như những nhận định của Tuve, ngòi nổ cận đích do người Anh thiết kế khá đơn giản. Người Mỹ mới là những người đã có những cải tiến quan trọng đối với ngòi nổ cận đích chứ không phải người Anh.
Một cải tiến quan trọng được đưa ra bởi Lloyd Berkner, người đã phát triển hệ thống mạch điện truyền/thu tín hiệu độc lập. Tháng 12 năm 1940, Tuve mời Harry Diamond và Wilbur S. Hinman, Jr, của Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật quốc gia (NBS) nghiên cứu ý tưởng cải tiến ngòi nổ cận đích của Berkner và phát triển một loại ngòi nổ cận đích dành cho bom và rocket chống lại Không quân Đức quốc xã.
Chỉ trong vòng 2 ngày, Diamond đã thiết kế được một ngòi nổ mới, và tiến hành thử nghiệm tại trường bắn Hải quân (Naval Proving Ground) tại Dahlgren, Virginia. Mùng 6 tháng 5 năm 1941, nhóm nghiên cứu của Cục tiêu chuẩn quốc gia đã chế tạo thử 6 ngòi nổ cho bom và đã thử nghiệm thành công.
Diamond và Hinman đã phát triển ngòi nổ cận đích radio xung doppler, sử dụng hiệu ứng Doppler của sóng radio phản xạ. Ngòi nổ cận đích sử dụng hiệu ứng Doppler đã được trang bị cho bom, rocket và đạn cối.
Giữa những năm 1940, một điệp viên Liên Xô là Julius Rosenberg đã đánh cắp một mẫu thiết kế ngòi nổ cận đích của Mỹ và chuyển nó cho Liên Xô. Tuy nhiên đây không phải là loại ngòi nổ dùng cho đạn pháo phòng không.
Ủy ban nghiên cứu quốc phòng NDRC tập trung vào nghiên cứu ngòi nổ radio sử dụng trên đạn pháo phòng, với đặc điểm làm việc phải chịu gia tốc lên đến 20.000 g so với chỉ 100 g đối với đạn rocket và còn thấp hơn nữa đối với bom thả từ máy bay. Ngoài gia tốc cực lớn, đạn pháo còn bị quay bởi khương tuyến của nòng súng đến gần 30.000 vòng/phút, tạo ra lực ly tâm rất lớn. Hợp tác với Công ty Western Electric và Công ty Raytheon, các ống trợ thính thu nhỏ đã được sửa đổi để có thể chịu được gia tốc và lực ly tâm cực lớn này. Ngòi nổ cận đích T-3 có tỉ lệ bắn chặn thành công 52% đối với các mục tiêu trên biển trong thử nghiệm vào tháng 1 năm 1942. Hải quân Hoa Kỳ chấp nhận tỉ lệ đánh chặn này của đạn. Một cuộc kiểm tra điều kiện chiến đấu mô phỏng đã được bắt đầu vào ngày 12 tháng 8 năm 1942. Các khẩu đội pháo trên tàu tuần dương USS Cleveland (CL-55) đã thử nghiệm loại đạn lắp ngòi nổ cận đích radio chống lại các mục tiêu máy bay không người lái điều khiển bằng sóng vô tuyến trên vịnh Chesapeake. 3 máy bay mục tiêu bị hạ chỉ với 4 quả đạn.
Một ứng dụng đặc biệt thành công là đạn pháo 90 mm lắp ngòi nổ hẹn giờ VT với radar theo dõi mục tiêu tự động SCR-584 và máy tính điều khiển bắn M-9. Với sự kết hợp này, Phòng không Anh đã bắn hạ nhiều bom bay V-1 tấn công London và Antwep, vốn là mục tiêu khó nhằn với súng phòng không do V-1 có kích thước nhỏ và tốc độ cao.
Ngòi nổ cận đích sử dụng hiệu ứng giao thoa để phát hiện mục tiêu. Thiết kế bao gồm bốn hoặc năm ống chân không. Một ống trong số đó sẽ là bộ tạo dao động kết nối với một ăng-ten; nó đồng thời là một máy phát và một máy thu (receiver). Tín hiệu phát ra phản xạ từ mục tiêu sẽ được ngòi nổ thu lại. Nếu mục tiêu ở gần, tín hiệu dội về sẽ lớn, biên độ của tín hiệu phản xạ tương ứng với độ gần của mục tiêu. Tín hiệu phản xạ này sẽ ảnh hưởng đến dòng điện của bộ dao động, do đó cho phép đo khoảng cách đến mục tiêu.
Tuy nhiên, mối quan hệ pha giữa sóng truyền từ bộ phát tín hiệu và tín hiệu phản xạ từ mục tiêu khác nhau, tùy vào khoảng cách giữa ngòi nổ và mục tiêu. Khi tín hiệu phản xạ cùng pha, biên độ dao động sẽ tăng lên do cộng hưởng và dòng điện trong bộ thu tín hiệu cũng tăng lên. Nhưng khi tín hiệu phản xạ khác pha, thì biên độ sóng tổng hợp sẽ bị giảm đi, dẫn đến cường độ dòng điện trong bộ thu cũng giảm xuống. Do đó mối quan hệ giữa pha tín hiệu phát đi và tín hiệu thu gây ra rắc rối đối với việc xác định biên độ sóng tín hiệu phản xạ vốn rất nhỏ.
Vấn đề này đã được giải quyết bằng cách tận dụng sự thay đổi tần số của tín hiệu phản xạ. Khoảng cách giữa đạn pháo và mục tiêu không cố định mà thay đổi liên tục do tốc độ cao của đạn pháo và chuyển động của mục tiêu. Khi khoảng cách giữa đạn pháo và mục tiêu thay đổi đột ngột, pha của tín hiệu cũng sẽ thay đổi. 2 tín hiệu sẽ cùng pha và khác pha ngay sau vài trăm micro giây. Kết quả là phách nhịp tần số tương đương với sự chênh lệch về vận tốc. Theo góc nhìn khác, tần số tín hiệu phản xạ thu được đã bị dịch chuyển doppler so với tần số của bộ phát sóng, do chuyển động tương đối giữa đạn/ngòi nổ và mục tiêu. Do đó, một tín hiệu tần số thấp, tương ứng với sự chênh lệch tần số giữa bộ tạo dao động và tín hiệu thu được, được phát triển ở đầu cuối tấm của bộ dao động. Hai trong số bốn ống chân không trong ngòi nổ VT sẽ được sử dụng để phát hiện, lọc, và khuếch đại tín hiệu tần số thấp này. Chú ý là biên độ của sóng "nhịp" tần số thấp này tương ứng với biên độ của sóng phản xạ từ mục tiêu. Nếu như tần số tín hiệu "nhịp" được khuếch đại đủ lớn, tức là lúc đầu đạn ở vật thể gần nhất, thì nó sẽ kích nổ ống chân không thứ 4 – một ống thyratron chứa đầy khí. Khi được kích hoạt, ống thyratron sẽ sản sinh ra một dòng điện lớn để kích nổ đầu đạn.
Để có thể trang bị trên đạn pháo, vốn chịu gia tốc mà lực quán tính lớn, ngòi nổ được thiết kế bao gồm những điện cực phẳng và được đặt trong sáp và dầu để cân bằng ứng suất.