Co to jest awaria kaskadowa?

Awaria kaskadowa to stan połączonych systemów, w którym awaria jednej części lub komponentu może prowadzić do awarii powiązanych obszarów systemu, która rozprzestrzenia się do punktu całkowitej awarii systemu. Istnieje wiele rodzajów kaskadowych awarii, które mogą wystąpić w systemach naturalnych i stworzonych przez człowieka, od systemów elektrycznych i komputerowych po systemy polityczne, ekonomiczne i ekologiczne. Dziedzina badań znana jako nauka o złożoności próbuje zdefiniować pierwotne przyczyny takich niepowodzeń, aby zbudować 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 w niewytłumaczalny sposób prowadzi do efektu domina, powodując szybkie rozprzestrzenianie się stanu na inne części systemu. Przykład tego miał miejsce w 1996 roku w Stanach Zjednoczonych, kiedy linia energetyczna w stanie Oregon uległa awarii i spowodowała poważną awarię sieci elektrycznej w zachodnich stanach USA i Kanadzie, dotykając od 4,000,000 10,000,000 2003 do XNUMX XNUMX XNUMX klientów. Awaria linii przesyłowej spowodowała rozpad regionalnej sieci elektrycznej na oddzielne wyspy przesyłowe, które nie były w stanie obsłużyć zwiększonego obciążenia, a następnie uległy awarii, co doprowadziło do załamania całego systemu. Podobna awaria kaskadowa miała miejsce w środkowo-zachodnim stanie Ohio w XNUMX r., co doprowadziło do największej przerwy w dostawie prądu w historii USA.

Często awaria kaskadowa obejmuje wiele systemów, które ulegają awarii z powodu efektu motyla, w którym pozornie bardzo małe zdarzenie rozwija się, tworząc znacznie większe. Przykładem tego jest katastrofa samolotu DC-10 nad Paryżem we Francji w 1974 roku, w której zginęli wszyscy na pokładzie. Późniejsze dochodzenie w sprawie przyczyny wypadku ujawniło, że drzwi ładowni nie zostały prawidłowo zamocowane. Człowiek najbardziej bezpośrednio odpowiedzialny za to podobno nie potrafił czytać po angielsku i dlatego nie był w stanie przeczytać instrukcji, jak prawidłowo zamocować drzwi.

Konstrukcja techniczna drzwi ładunkowych pozwalała na ich zamykanie bez pełnego zatrzaśnięcia zatrzasków. Gdy samolot wspiął się na 13,000 3,962 stóp (XNUMX metrów), ciśnienie wewnętrzne spowodowało, że drzwi ustąpiły, a wybuchowa dekompresja wokół drzwi, gdy wysadziła uszkodzone elementy sterowania hydraulicznego w okolicy, spowodowała, że ​​piloci ostatecznie stracili pełną kontrolę nad samolot. Trudno określić przyczynę takiej kaskadowej awarii. Obejmuje regiony edukacji, polityki rządowe dotyczące zatrudniania imigrantów, projekty inżynieryjne dla hydrauliki i awioniki oraz nieformalne systemy wsparcia społecznego w środowisku pracy.

Sieci energetyczne systemów wysokiego napięcia są najbardziej godnym uwagi przykładem dużych awarii kaskadowych, ale awarie w dużych systemach nie są rzadkie. Od korków drogowych po awarie na rynku lub pożary lasów, które zaczynają się od jednej iskry, duże awarie systemu są często bezpośrednim skutkiem tak zwanej awarii bizantyjskiej, w której element systemu ulega awarii w nietypowy sposób, często kontynuując funkcjonować i uszkadzać środowisko, zanim całkowicie się wyłączy. Takie zdarzenia ujawniają podstawowy stan wszystkich złożonych systemów opisanych przez teorię chaosu, czyli stan wrażliwej zależności. Oczekuje się, że każda część systemu będzie zachowywać się w określonym zakresie parametrów, a gdy wyjdzie poza ten zakres, może rozpocząć reakcję łańcuchową, która zmienia zachowanie całego systemu.

Syndrom Kesslera jest jednym z wielu przykładów, w których nauka stara się wyprzedzić krzywą i przewidzieć kaskadową awarię, zanim ona wystąpi. Opierając się na teoriach Donalda Kesslera z 1978 roku, amerykańskiego naukowca pracującego dla Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA), przedstawia ona skutki kolizji obiektów na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO). Takie kolizje z czasem będą napędzać wykładniczy wzrost liczby małych cząstek w LEO, znanych jako pas śmieci, co sprawi, że podróże w kosmos będą znacznie bardziej ryzykowne niż wcześniej. Ponad 500,000 17,500 kawałków szczątków na orbicie poruszających się z prędkością do 28,164 2011 mil na godzinę (XNUMX XNUMX kilometrów na godzinę) jest śledzonych w sposób ciągły od XNUMX r., aby uniknąć przyszłych katastrofalnych kolizji. Cząstka tak mała jak marmur może spowodować nieodwracalne uszkodzenie statku kosmicznego wojskowego lub naukowego po uderzeniu, powodując możliwą śmierć lub skutki polityczne i ekologiczne o nieprzewidzianych rozmiarach.