Каскадный отказ — это состояние взаимосвязанных систем, когда отказ одной части или компонента может привести к отказу в связанных областях системы, который распространяется до точки отказа всей системы. Существует много типов каскадных отказов, которые могут происходить в естественных и искусственных системах, от электрических и компьютерных систем до политических, экономических и экологических систем. Область исследований, известная как наука о сложности, пытается определить основные причины таких сбоев, чтобы создать меры безопасности, которые могут предотвратить их в будущем.
Распространенным, но трудно предсказуемым типом каскадного события отказа является единая точка отказа, когда один компонент выходит из строя и необъяснимым образом приводит к эффекту домино, вызывая быстрое распространение состояния на другие части системы. Пример этого имел место в 1996 году в Соединенных Штатах, когда вышла из строя линия электропередач в штате Орегон, что вызвало массовый отказ электросети в западных штатах США и Канаде, затронувший от 4 000 000 до 10 000 000 клиентов. Выход из строя линии передачи привел к тому, что региональная электрическая сеть распалась на отдельные участки передачи, которые не выдерживали возросшую нагрузку, а затем также выходили из строя, что приводило к краху всей системы. Аналогичная каскадная авария произошла в штате Огайо на Среднем Западе США в 2003 году, что привело к крупнейшему отключению электроэнергии в истории США.
Часто каскадный сбой включает в себя несколько систем, которые выходят из строя из-за эффекта бабочки, где, казалось бы, очень маленькое событие выплескивается, чтобы произвести гораздо большее. Примером этого является крушение самолета DC-10 самолета над Парижем, Франция, 1974 год, погибли все на борту. Более позднее расследование причин крушения показало, что дверь грузового отсека не была заперта должным образом. По общему мнению, человек, непосредственно ответственный за это, не мог читать по-английски и, следовательно, не смог прочитать инструкции о том, как правильно запирать дверь.
Техническая конструкция грузовой двери позволяла закрывать ее без полного запирания защелок. Когда самолет поднялся на высоту 13 000 футов (3962 метра), внутреннее давление привело к тому, что дверь не выдержала, а взрывная декомпрессия вокруг двери сорвала поврежденные гидравлические органы управления в этом районе, что привело к тому, что пилоты в конечном итоге потеряли полный контроль над самолетом. самолет. Первопричину такого каскадного сбоя трудно определить. Он охватывает регионы образования, государственную политику в отношении найма иммигрантов, инженерные разработки гидравлики и авионики, а также неформальные системы социальной поддержки в рабочей среде.
Электросети высоковольтных систем являются наиболее ярким примером крупных каскадных отказов, но отказы в крупных системах нередки. Крупные системные сбои, от пробок до рыночных крахов или лесных пожаров, которые начинаются с одной искры, часто являются прямым результатом так называемого византийского сбоя, когда элемент системы выходит из строя необычным образом, часто продолжая свое существование. функционировать и разрушать его среду, прежде чем он полностью отключится. Такие события выявляют основное состояние всех сложных систем, описываемых теорией хаоса, то есть чувствительной зависимости. Ожидается, что каждая часть системы будет вести себя в пределах определенного диапазона параметров, и когда она выходит за пределы этого диапазона, она может запустить цепную реакцию, которая изменит поведение всей системы.
Синдром Кесслера является одним из многих примеров, когда наука пытается опередить кривую и предсказать каскадный сбой до того, как он произойдет. На основе теорий Дональда Кесслера в 1978 году, американского ученого, работающего в Национальном управлении по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), он описывает последствия столкновения объектов на низкой околоземной орбите (НОО). Такие столкновения со временем будут способствовать экспоненциальному увеличению количества мелких частиц на НОО, известному как пояс обломков, что сделает полеты в космос гораздо более рискованными, чем раньше. По состоянию на 2011 год более 500 000 обломков на орбите, движущихся со скоростью до 17 500 миль в час (28 164 километра в час), постоянно отслеживаются, чтобы избежать катастрофических столкновений в будущем. Частица размером с шарик может нанести непоправимый ущерб военному или научному космическому кораблю при ударе, что приведет к возможности смертельные случаи или политические и экологические последствия непредвиденных масштабов.
