天邪鬼な猫が毒舌解説🐱 技術士第二次試験 R3 II-1-2「宇宙機のトライボロジー」｜0301 航空宇宙システム

科目コード：0301 航空宇宙システム

#1　吾輩🐱は令和を生きる、天邪鬼な猫である【無料】

吾輩は令和を生きる、天邪鬼な猫である。

明治の文豪が書いた、あの有名な猫と一緒にされたくはない。

だが、十二支に入れなかったことだけは、いささか心残りである。

まあ、よい。

鼠のごとき小賢しい輩と同列に並べられるより、

こうして高みから人間どもの滑稽な営みを眺めているほうが、吾輩の性には合っておる。

さて。

今日も今日とて、人間どもは「技術士」の称号を求め、頭を悩ませているらしい。

しかも今回の相手は、

宇宙で動く機械の「擦れ」である。

空気もほとんどなく、温度も厳しく、地上とはまるで勝手の違う場所へ機械を送り込んで、

「なぜ歯車が擦れるのか」

「なぜ摩耗するのか」

「どうすれば長く動くのか」

と頭を抱えておる。

自分から宇宙へ機械を放り込んでおいて、実に忙しい生き物よ。

#2　今回の人間の悩み――技術士第二次試験 R3 II-1-2【無料】

今回の題目は、これである。

なるほど。

人間どもが問われているのは、単に、

「油を差せば滑ります」

という話ではない。

宇宙という特殊な環境で、

• 何が摩擦や摩耗を引き起こすのか

• どのような潤滑方法があるのか

• 何を基準に潤滑剤を選ぶのか

を説明せよ、という問題である。

つまり、

「宇宙で機械を動かすなら、どうやって擦れと付き合うのか？」

という話だ。

猫からすれば、

「そもそも宇宙へ持っていかなければよいではないか」

と言いたいところだが、それでは試験にならぬ。

#3　そもそも「トライボロジー」とは何ぞや【無料】

「トライボロジー」などという難しげな名前を付けているが、恐れることはない。

ざっくり言えば、

摩擦・摩耗・潤滑など、接触して動く表面の現象を扱う学問・技術分野

である。

たとえば自転車のチェーンを考えてみよ。

金属同士が動けば、擦れる。

擦れれば、摩耗する。

摩擦が大きければ、動かしにくくなる。

そこで油などを使って、摩擦や摩耗を抑える。

これが、身近なトライボロジーである。

ところが人間は、この機械を宇宙へ持っていこうとする。

すると話が面倒になる。

地上では空気があり、温度も比較的扱いやすく、潤滑剤の選択肢も多い。

しかし宇宙では、そう簡単にはいかぬ。

#4　真空トライボロジーと宇宙機器のトライボロジーは同じではない【無料】

ここが今回の問題の肝である。

「宇宙＝真空なのだから、宇宙トライボロジーと真空トライボロジーは同じだろう」

と思った者。

残念ながら、人間らしい早合点である。

真空中では、地上の大気中とは異なる摩擦・摩耗現象が生じる。

たとえば、潤滑剤の蒸発や材料表面同士の凝着などは重要な問題となる。

しかし実際の宇宙機は、

「真空の箱」に入っているだけではない。

宇宙環境では、ミッションや軌道によって、

• 温度変化

• 放射線

• 原子状酸素

• 紫外線

• 微小重力などの環境

• 長期間の曝露

• 打上げ時の振動や衝撃

• 周辺機器へのコンタミネーション

など、複数の条件を考えなければならぬ。

つまり、

真空トライボロジーは重要な土台だが、実際の宇宙機器では、それに宇宙環境特有の条件が重なる。

ここを押さえておくのだ。

#5　宇宙で機械を動かすと、何が困るのか【無料】

宇宙空間に機械を出せば、当然ながら、

「空気中で使っていた機械を、そのまま持っていけばよい」

とはならない。

潤滑剤についても同じである。

地上で問題なく使えた油が、宇宙でも同じように使えるとは限らない。

温度が変われば粘度や流動性が変わる。

真空では揮発成分の挙動が問題になる。

材料との相性が悪ければ、摩耗や凝着を招くこともある。

さらに厄介なのが、

潤滑剤そのものが、周囲の機器を汚してしまう可能性

である。

例えば近くに光学センサやカメラなどがあれば、揮発した成分や摩耗粉が付着し、性能に影響する恐れがある。

人間どもは、

「機械を滑らかに動かしたい」

と言いながら、

「そのために使ったものが別の機械を壊す」

という、実に人間らしい二重苦に悩まされるのである。

#6　宇宙用の潤滑剤は、大きく二つの考え方で見る【無料】

さて、いよいよ潤滑剤である。

宇宙環境で曝露される機構部品では、大きく考えれば、

固体潤滑剤

と

液体潤滑剤

という二つの方向がある。

もちろん実際の設計では、材料、機構、温度、荷重、速度、寿命、環境などを踏まえて、より細かく検討する。

だが、試験問題を理解する入口としては、この二つを押さえておけばよい。

では、まず乾いたほうから見てみよう。

#7　固体潤滑剤――「乾いているのに滑る」とは何事か【無料】

固体潤滑剤とは、その名の通り、液体の油ではなく、固体の材料を利用して摩擦や摩耗を抑えるものである。

代表例としては、

• 二硫化モリブデン（MoS₂）

• PTFEなどの固体潤滑性を持つ材料

• 金や銀などの軟質金属

などが挙げられる。

「油がないのに滑るのか？」

と思うであろう。

滑るのである。

ただし、もちろん万能ではない。

固体潤滑剤には、

摩耗によって性能が低下し、寿命に限界が生じる場合がある。

また、摩耗粉が発生すれば、周囲へのコンタミネーションも問題になる。

つまり、

「宇宙だから固体潤滑剤にしておけば安心」

ではない。

人間よ、そこまで単純なら試験問題にはならぬ。

#8　液体潤滑剤――油を宇宙へ連れていく人間たち【無料】

もう一方が液体潤滑剤である。

油やグリースなどを用いて、接触する表面の間に潤滑膜を形成し、摩擦や摩耗を抑える。

液体潤滑剤には、

長寿命化や低摩擦化を期待できる

という利点がある一方、

宇宙環境では、

• 蒸気圧

• 揮発・アウトガス

• 温度による粘度変化

• 低温時の流動性

• 材料との適合性

• コンパチビリティ

• コンタミネーション

などを考えなければならぬ。

つまり、

「油を入れれば滑る」

という地上の発想を、そのまま宇宙へ持ち込むわけにはいかない。

宇宙で使える油には、

宇宙で使える理由

が必要なのである。

#9　ここまでが無料。だが、答案としてはまだ弱い【無料→有料】

さて。

ここまで読めば、

「真空と宇宙環境は違う」

「固体潤滑剤と液体潤滑剤がある」

「温度やコンタミネーションも考える」

ということは分かったであろう。

だが、技術士試験の答案としては、まだ足りぬ。

なぜなら試験官が知りたいのは、

「知識を知っているか」だけではないからだ。

問題文には、

とある。

さらに、

とある。

そして最後に、

とある。

つまり、この問題では、

①違いを説明する
②潤滑剤を分類する
③特徴を比較する
④選定条件へつなげる

という流れを作らねばならぬ。

ここから先は、有料の猫缶を食べた者だけに教えてやろう。