Ein kaskadierender Ausfall ist ein Zustand von miteinander verbundenen Systemen, wenn der Ausfall eines Teils oder einer Komponente zu einem Ausfall in verwandten Bereichen des Systems führen kann, der sich bis zum Ausfall des Gesamtsystems ausbreitet. Es gibt viele Arten von kaskadierenden Fehlerereignissen, die in natürlichen und künstlichen Systemen auftreten können, von elektrischen und Computersystemen bis hin zu politischen, wirtschaftlichen und ökologischen Systemen. Das als Komplexitätswissenschaft bekannte Forschungsgebiet versucht, die Grundursachen für solche Ausfälle zu ermitteln, um Schutzmaßnahmen einzubauen, die sie in Zukunft möglicherweise verhindern können.
Eine häufige, aber schwer vorhersehbare Art von kaskadierenden Fehlerereignissen ist ein Single Point of Failure, bei dem eine Komponente ausfällt und unerklärlicherweise zu einem Dominoeffekt führt, der eine schnelle Ausbreitung des Zustands auf andere Teile des Systems auslöst. Ein Beispiel dafür war 1996 in den USA, als eine Stromleitung im Bundesstaat Oregon ausfiel und einen massiven Ausfall des Stromnetzes in den westlichen US-Bundesstaaten und Kanada auslöste, von dem zwischen 4,000,000 und 10,000,000 Kunden betroffen waren. Der Ausfall der Übertragungsleitung führte dazu, dass das regionale Stromnetz in separate Übertragungsinseln zerfiel, die der erhöhten Belastung nicht gewachsen waren und dann ebenfalls ausfielen, was zum Zusammenbruch des Gesamtsystems führte. Ein ähnlicher kaskadierender Ausfall ereignete sich 2003 im mittleren Westen der USA im Bundesstaat Ohio, der zum größten Stromausfall in der Geschichte der USA führte.
Ein kaskadierender Ausfall umfasst häufig mehrere Systeme, die aufgrund des Schmetterlingseffekts ausfallen, bei dem ein scheinbar sehr kleines Ereignis sich ausbreitet, um ein viel größeres zu erzeugen. Ein Beispiel dafür ist der Absturz eines DC-10-Flugzeugs über Paris im Jahr 1974, bei dem alle an Bord ums Leben kamen. Eine spätere Untersuchung der Absturzursache ergab, dass eine Laderaumtür nicht richtig befestigt war. Der dafür direkt verantwortliche Mann konnte angeblich kein Englisch lesen und konnte daher die Anleitung zum richtigen Schließen der Tür nicht lesen.
Das technische Design der Frachttür ermöglichte es, diese zu schließen, ohne dass die Riegel vollständig eingerastet sind. Als das Flugzeug auf 13,000 Fuß (3,962 Meter) stieg, führte der Innendruck dazu, dass die Tür nachgab und die explosive Dekompression um die Tür herum, als sie beschädigte hydraulische Steuerungen in der Umgebung absprengte, was dazu führte, dass die Piloten schließlich die vollständige Kontrolle über das Flugzeug verloren Flugzeug. Die Ursache eines solchen kaskadierenden Ausfalls ist schwer zu bestimmen. Es umfasst die Bildungsregionen, die Regierungspolitik für die Einstellung von Einwanderern, Konstruktionsdesigns für Hydraulik und Avionik und informelle soziale Unterstützungssysteme innerhalb des Arbeitsumfelds.
Die Stromnetze von Hochspannungssystemen sind das bemerkenswerteste Beispiel für große kaskadierende Ausfallereignisse, aber Ausfälle in großen Systemen sind nicht selten. Von Verkehrsstaus über Marktabstürze bis hin zu Waldbränden, die mit einem einzigen Funken beginnen, große Systemabstürze sind oft eine direkte Folge eines sogenannten byzantinischen Ausfallereignisses, bei dem ein Element eines Systems auf ungewöhnliche Weise ausfällt und oft andauert Funktion und Beschädigung seiner Umgebung, bevor es vollständig heruntergefahren wird. Solche Ereignisse offenbaren einen Grundzustand aller komplexen Systeme, der von der Chaostheorie beschrieben wird, nämlich die der sensiblen Abhängigkeit. Von jedem Teil eines Systems wird erwartet, dass er sich innerhalb eines bestimmten Parameterbereichs verhält, und wenn er außerhalb dieses Bereichs liegt, kann er eine Kettenreaktion auslösen, die das Verhalten des gesamten Systems verändert.
Das Kessler-Syndrom ist eines von vielen Beispielen, bei denen die Wissenschaft versucht, der Kurve voraus zu sein und ein kaskadierendes Versagen vorherzusagen, bevor es eintritt. Basierend auf den Theorien von Donald Kessler aus dem Jahr 1978, einem US-Wissenschaftler der National Aeronautics and Space Administration (NASA), zeichnet es die Auswirkungen der Kollision von Objekten in erdnahen Umlaufbahnen (LEO) auf. Solche Kollisionen werden im Laufe der Zeit zu einem exponentiellen Anstieg der Anzahl kleiner Partikel in LEO führen, die als Trümmergürtel bekannt sind, was Reisen in den Weltraum viel riskanter macht als zuvor. Über 500,000 Trümmerteile im Orbit mit einer Geschwindigkeit von bis zu 17,500 Meilen pro Stunde (28,164 Kilometer pro Stunde) werden seit 2011 kontinuierlich verfolgt, um zukünftige katastrophale Kollisionen zu vermeiden. Ein Partikel so klein wie eine Murmel könnte beim Aufprall irreparable Schäden an einem militärischen oder wissenschaftlichen Raumschiff anrichten, was zu möglichen Todesfällen oder politischen und ökologischen Auswirkungen unvorhergesehenen Ausmaßes führen kann.