Co to jest awaria kaskadowa?
Awaria kaskadowa jest stanem połączonych systemów, gdy awaria jednej części lub komponentu może prowadzić do awarii w powiązanych obszarach systemu, która rozprzestrzenia się do punktu ogólnej awarii systemu. Istnieje wiele rodzajów kaskadowych zdarzeń awarii, które mogą wystąpić w systemach naturalnych i sztucznych, od systemów elektrycznych i komputerowych po systemy polityczne, ekonomiczne i ekologiczne. Dziedzina badań znana jako nauka o złożoności próbuje zdefiniować pierwotne przyczyny takich awarii, aby stworzyć zabezpieczenia, które mogą być w stanie im zapobiec w przyszłości.
Powszechnym, ale trudnym do przewidzenia typem kaskadowego zdarzenia awarii jest pojedynczy punkt awarii, w którym jeden element ulega awarii i niewytłumaczalnie prowadzi do efektu domina, powodując szybkie rozprzestrzenienie się stanu na inne części systemu. Przykład tego miał miejsce w 1996 r. W Stanach Zjednoczonych, kiedy awaria linii elektroenergetycznej w stanie Oregon spowodowała poważną awarię sieci elektrycznej w zachodnich stanach USA i Kanadzie, dotykając od 4 000 000 do 10 000 000 klientów. Awaria linii przesyłowej spowodowała rozpad regionalnej sieci elektrycznej na oddzielne wyspy transmisyjne, które nie były w stanie poradzić sobie ze zwiększonym obciążeniem, a następnie uległy awarii, co doprowadziło do zawalenia się całego systemu. Podobna awaria kaskadowa miała miejsce w środkowo-zachodnim stanie Ohio w 2003 r., Co doprowadziło do największego zaniku prądu w historii USA.
Często kaskadowa awaria obejmuje wiele systemów, które zawodzą z powodu efektu motyla, gdzie pozornie bardzo małe wydarzenie pęka, tworząc znacznie większy. Przykładem tego jest katastrofa samolotu DC-10 nad Paryżem we Francji w 1974 r., Zabijając wszystkich na pokładzie. Późniejsze dochodzenie w sprawie przyczyny katastrofy wykazało, że drzwi przedziału ładunkowego nie zostały prawidłowo przymocowane. Człowiek najbardziej bezpośrednio odpowiedzialny za to rzekomo nie potrafił czytać po angielsku i dlatego nie był w stanie przeczytać instrukcji, jak prawidłowo przymocować drzwi.
Projekt techniczny drzwi ładunkowych pozwalał na ich zamknięcie bez pełnego zatrzaśnięcia. Gdy samolot wzniósł się na wysokość 13 000 stóp (3962 metrów), ciśnienie wewnętrzne spowodowało, że drzwi ustąpiły, a wybuchowa dekompresja wokół drzwi w wyniku wysadzenia uszkodzonych elementów sterujących układu hydraulicznego w tym obszarze sprawiła, że piloci ostatecznie stracili pełną kontrolę nad samolot. Podstawowa przyczyna takiej awarii kaskadowej jest trudna do ustalenia. Obejmuje regiony edukacji, polityki rządu dotyczące zatrudniania imigrantów, projekty inżynieryjne dla hydrauliki i awioniki oraz nieformalne systemy wsparcia społecznego w środowisku pracy.
Sieci energetyczne systemów wysokonapięciowych są najbardziej znaczącym przykładem dużych awarii kaskadowych, ale awarie w dużych systemach nie są rzadkie. Od korków po wypadki na rynku lub pożary lasów, które zaczynają się od pojedynczej iskry, duże awarie systemu są często bezpośrednim skutkiem tak zwanego zdarzenia awarii bizantyjskiego, w którym element systemu ulega awarii w nietypowy sposób, często w dalszym ciągu i niszczenie środowiska, zanim całkowicie się wyłączy. Takie zdarzenia ujawniają podstawowy warunek wszystkich złożonych systemów opisanych przez teorię chaosu, a mianowicie zależność wrażliwą. Oczekuje się, że każda część systemu będzie zachowywać się w określonym zakresie parametrów, a gdy znajdzie się poza tym zakresem, może rozpocząć reakcję łańcuchową, która zmienia zachowanie całego systemu.
Syndrom Kesslera jest jednym z wielu przykładów, w których nauka próbuje wyprzedzić krzywą i przewidzieć awarię kaskadową przed jej wystąpieniem. Opierając się na teoriach Donalda Kesslera z 1978 r., Amerykańskiego naukowca pracującego dla National Aeronautics and Space Administration (NASA), przedstawia on skutki zderzenia obiektów na niskiej orbicie ziemskiej (LEO). Takie zderzenia z czasem spowodują wykładniczy wzrost liczby małych cząstek w LEO, znany jako pas gruzu, dzięki czemu podróże w kosmos będą znacznie bardziej ryzykowne niż wcześniej. Od 2011 r. Na bieżąco śledzi się ponad 500 000 kawałków na orbicie podróżujących z prędkością do 17 500 mil na godzinę (28 164 km na godzinę), aby uniknąć katastrofalnych kolizji w przyszłości. Cząstka tak mała jak marmur może spowodować nieodwracalne uszkodzenie wojskowego lub naukowego statku kosmicznego po uderzeniu, co może spowodować śmierć lub skutki polityczne i ekologiczne o nieprzewidzianych rozmiarach.