Franziska Hild als Amelia Earhart Fellow 2023 ausgezeichnet

Franziska Hild hat für ihr Promotionsstudium das mit 10.000 US-Dollar dotierte Amelia Earhart Fellowship für Pionierleistungen in den Luft- und Raumfahrtwissenschaften erhalten. Mit ihrer Forschung zur Simulation dynamischer Gasströmungen rund um Satelliten und Wiedereintrittskapseln hat die Doktorandin vom Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart überzeugt.

„Es ist schon eine große Sache, Amelia Earhart Fellow zu sein, damit rechnet man wirklich nicht, auch wenn es an der Universität Stuttgart immer wieder Preisträgerinnen gab“, sagt Franziska Hild, der die Auszeichnung am 21. Februar 2024 auf einer Festveranstaltung des Zonta Clubs Stuttgart verliehen wurde. Mit dem Preis werde nicht nur ihre Forschung gewürdigt, freut sie sich, da ist auch die große Chance auf vielfältiges Netzwerken und, nicht zu verachten, das Preisgeld.

Es ist der spannende Moment, wenn der Rechner seine Arbeit getan hat, all die Formeln von Franziska Hild auf dem Bildschirm als Simulation Gestalt annehmen. Dann sieht die Wissenschaftlerin beispielsweise den Strömungswiderstand bei einem Satelliten oder die Temperaturentwicklung auf der Oberfläche einer Kapsel beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre. „Ich bin nicht diejenige, die im Labor steht, bastelt und testet“, sagt Hild. Die Doktorandin forscht am Laptop, geht mittels mathematischer Methoden dem Verhalten von Gasen nach. „Theoretische Grundlagen zu erforschen und neue Methoden daraus zu entwickeln ist super spannend“, sagt Hild, der es schon zu Schulzeiten Mathe, Physik und Chemie angetan haben. In der Kombination mit ihrem Interesse für die Astronomie und den Ingenieurwissenschaften fand sie an der Universität Stuttgart das Studium für sich: die Luft- und Raumfahrttechnik.

Hild beschäftigt sich mit Gasgemischen und deren Verhalten, um die Interaktionen mit Satelliten in ihrer Bahn um die Erde oder mit Raumkapseln beim Wiedereintritt in die Atmosphäre zu verstehen. „Beim Wiedereintritt ist es zum Beispiel sehr wichtig zu wissen, wie es um die Wärmeentwicklung an der Kapseloberfläche bestellt ist, um entsprechende Hitzeschilde zu entwickeln“, führt Hild aus. Bei den Satelliten in niedrigen Erdorbits hingegen ist besonders interessant, welcher Widerstand durch deren Oberfläche erzeugt wird, denn je weniger Widerstand, umso länger ist deren Verbleib auf ihrer Bahn um die Erde gesichert.

In großen Höhen in der Atmosphäre gilt es mit verdünnten Gasgemischen zu rechnen, je weiter es Richtung Erde geht, umso dichter werden diese. Für die Simulation verdünnter Gasgemische hat sich die sogenannte DSMC-Methode (Direct Simulation Monte Carlo-Methode) etabliert. Bei dichteren Gasgemischen kommt zur Strömungsberechnung die numerische Strömungsmechanik CFD (Computational Fluid Dynamics) zum Einsatz. „Die neue Methode, die ich implementiere, heißt BGK (Bhatnagar-Gross-Krook-Methode)“, erklärt Hild, und verweist auf deren Vorzüge: Sie lässt sich auch für die Übergangszone von verdünnten zu dichteren Gasgemischen nutzen und benötigt dabei weniger Rechenzeit für die Simulation dichterer Gase als die DSMC-Methode Diese Übergangszone ist beispielsweise besonders interessant beim Wiedereintritt von Raumkapseln, kommt es dabei doch zu einer Verdichtung der Gasschicht vor dem Körper, während sich hinter dem Körper kaum noch Gasteilchen befinden. In der Simulation wird die Bewegung einzelner Gaspartikel verfolgt sowie ihre Interaktionen mit dem Raumfahrzeug berechnet. Daraus können Rückschlüsse auf die Bedingungen im Gas und auf der Oberfläche des Raumfahrzeugs gezogen werden.

Mit ihrer Forschung ist die zu den Preisträgerinnen des diesjährigen Amelia Earhart Fellowship zählende Franziska Hild weltweit so gut wie eine Einzelkämpferin. Jeder Tag birgt für die Doktorandin eine neue Herausforderung. In Stuttgart fühlt sie sich in ihrer Gruppe am Institut für Raumfahrtsysteme jedoch gut aufgehoben. „Wir arbeiten in der Gruppe zwar nicht alle am gleichen Thema, aber am gleichen Code und können uns super austauschen“, sagt sie und merkt an, dass es sich um ein Open-Source-Programm handle, an dem sie arbeitet – wer mag, ist jederzeit eingeladen, mitzumachen.

• Januar 2023: Doktorandin Mahsa Taheran gewinnt Amelia Earhart Fellowship
• April 2022: Interview mit Maren Scheel: Doktorandin gewinnt Amelia Earhart Fellowship
• September 2020: Wissenschaftlerinnen der Universität Stuttgart mit dem Amelia Earhart Fellowship Award ausgezeichnet

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