Wat is een trapsgewijze mislukking?
Een trapsgewijze storing is een toestand van onderling verbonden systemen wanneer de storing van een onderdeel of component kan leiden tot een storing in gerelateerde delen van het systeem die zichzelf uitbreidt tot het punt van een algemene systeemfout. Er zijn veel soorten trapsgewijze storingen die kunnen optreden in natuurlijke en door de mens gemaakte systemen, van elektrische en computersystemen tot politieke, economische en ecologische systemen. Het onderzoeksveld dat bekend staat als complexiteitswetenschap, probeert de grondoorzaken voor dergelijke mislukkingen te definiëren om zo waarborgen in te bouwen die ze in de toekomst mogelijk kunnen voorkomen.
Een veel voorkomend maar moeilijk te voorspellen type trapsgewijze foutgebeurtenis is een enkel punt van mislukking, waarbij één component faalt en op onverklaarbare wijze leidt tot een domino-effect, waardoor een snelle verspreiding van de toestand naar andere delen van het systeem wordt veroorzaakt. Een voorbeeld hiervan vond plaats in 1996 in de Verenigde Staten, toen een elektriciteitsleiding in de staat Oregon faalde en een massale storing van het elektriciteitsnet in de westelijke Amerikaanse staten en Canada veroorzaakte, met tussen de 4.000.000 en 10.000.000 klanten. Toen de transmissielijn faalde, brak het regionale elektriciteitsnet uiteen in afzonderlijke transmissie-eilanden die de verhoogde belasting niet konden verwerken, en faalde ook, wat leidde tot het instorten van het hele systeem. Een soortgelijke trapsgewijze storing vond plaats in 2003 in de Amerikaanse staat Ohio, die leidde tot de grootste stroomuitval in de Amerikaanse geschiedenis.
Vaak heeft een trapsgewijze storing betrekking op meerdere systemen die mislukken vanwege het vlindereffect, waarbij een ogenschijnlijk zeer kleine gebeurtenis zich afspeelt om een veel grotere te produceren. Een voorbeeld hiervan is de crash van een DC-10-vliegtuig boven Parijs, Frankrijk, in 1974 waarbij iedereen aan boord werd gedood. Uit een later onderzoek naar de oorzaak van de crash bleek dat een vrachtdeur niet goed was bevestigd. De man die hier het meest direct verantwoordelijk voor was, kon geen Engels lezen en was daarom niet in staat om de instructies voor het correct sluiten van de deur te lezen.
Door het technische ontwerp van de vrachtdeur kon deze worden gesloten zonder dat de vergrendelingen volledig waren vergrendeld. Terwijl het vliegtuig naar 13.000 voet (3.962 meter) klom, veroorzaakte interne druk de deur en de explosieve decompressie rond de deur toen het beschadigde hydraulische bedieningselementen in het gebied wegblies, waardoor de piloten uiteindelijk de volledige controle over de vliegtuigen. De oorzaak van een dergelijke trapsgewijze mislukking is moeilijk te bepalen. Het omvat de regio's onderwijs, overheidsbeleid voor het inhuren van immigranten, technische ontwerpen voor hydraulica en elektronische luchtvaartapparatuur en informele sociale ondersteuningssystemen binnen de werkomgeving.
De stroomnetten van hoogspanningssystemen zijn het meest opvallende voorbeeld van grote trapsgewijze storingen, maar storingen in grote systemen zijn niet zeldzaam. Van files tot marktongevallen, of bosbranden die beginnen met een enkele vonk, grote systeemongevallen zijn vaak een direct gevolg van wat bekend staat als een Byzantijns falen, waarbij een element van een systeem op een ongebruikelijke manier faalt, vaak blijft functioneren en de omgeving beschadigen voordat deze volledig wordt afgesloten. Dergelijke gebeurtenissen onthullen een onderliggende toestand van alle complexe systemen die door de chaostheorie worden beschreven, namelijk gevoelige afhankelijkheid. Van elk onderdeel van een systeem wordt verwacht dat het zich binnen een bepaald bereik van parameters gedraagt, en wanneer het buiten dat bereik afwijkt, kan het een kettingreactie veroorzaken die het gedrag van het hele systeem verandert.
Het Kessler-syndroom is een van de vele voorbeelden waarbij de wetenschap de curve voor probeert te komen en een trapsgewijze mislukking wil voorspellen voordat deze zich voordoet. Gebaseerd op de theorieën van Donald Kessler in 1978, een Amerikaanse wetenschapper die werkt voor de National Aeronautics and Space Administration (NASA), brengt het de effecten in kaart van de botsing van objecten in een lage baan om de aarde (LEO). Dergelijke botsingen in de loop van de tijd zullen een exponentiële toename van het aantal kleine deeltjes in LEO, bekend als een puingordel, voeden waardoor reizen in de ruimte veel riskanter zijn dan voorheen. Meer dan 500.000 stukken puin in een baan met een snelheid tot 17.500 mijl per uur (28.164 kilometer per uur) worden vanaf 2011 continu gevolgd om toekomstige catastrofale botsingen te voorkomen. Een deeltje zo klein als een marmer kan onherstelbare schade aanrichten aan een militair of wetenschappelijk ruimtevaartuig bij een botsing, wat kan leiden tot mogelijke sterfgevallen of politieke en ecologische effecten van onvoorziene proporties.