¿Por qué hay una fase de "navegación" en algunos lanzamientos espaciales?

Mantener una etapa quemada adjunta no hace daño hasta que es hora de comenzar la siguiente etapa. De hecho, mantenerlo conectado hasta poco antes de que sea el momento de encender la siguiente etapa puede mejorar el delta V de lanzamiento total.

La separación de la tercera etapa se produjo a una altitud de 184 km. Todavía hay aire allá arriba. No es aire muy denso, pero para un vehículo que va a una velocidad cercana a la orbital, habrá una cantidad decente de resistencia en el vehículo. La aceleración de arrastre es proporcional a la sección transversal de arrastre e inversamente proporcional a la masa.

Dado que los cohetes vuelan con un perfil de ángulo de ataque cero, esa etapa quemada no aumentará mucho la sección transversal de arrastre. Manteniéndolo unido obviamente aumenta la masa en comparación con la del vehículo sin esa etapa adjunta. Mantener el escenario unido reduce la desaceleración debido al arrastre.

El período de inercia es sin duda para realizar un giro de gravedad .

Es una optimización de trayectoria que utiliza la gravedad para dirigir el vehículo hacia la trayectoria deseada. ... el empuje no se usa para cambiar la dirección de la nave, por lo que se usa más para acelerar el vehículo hacia la órbita.

Una vez que el vehículo ha entrado en el ángulo correcto, se produce la ignición P4 y se completa el viaje a la órbita.

Más información relevante de Wikipedia sobre el período de inercia (énfasis agregado):

Si el cohete no produjera empuje, la trayectoria de vuelo sería una simple elipse como una pelota lanzada (es un error común pensar que es una parábola: solo es cierto si consideras que la Tierra es plana y la gravedad siempre apunta en el mismo dirección, que es una buena aproximación para distancias cortas), se nivela y luego vuelve a caer al suelo. Sin embargo, el cohete está produciendo empuje y, en lugar de nivelarse y luego descender nuevamente, cuando el cohete se nivela, ha ganado suficiente altitud y velocidad para colocarlo en una órbita estable.

Si el cohete es un sistema de etapas múltiples en el que las etapas se disparan secuencialmente , es posible que la quema de ascenso del cohete no sea continua . Obviamente, se debe permitir algún tiempo para la separación de las etapas y el encendido del motor entre cada etapa sucesiva, pero algunos diseños de cohetes requieren tiempo adicional de vuelo libre entre etapas. Esto es particularmente útil en cohetes de muy alto empuje, donde si los motores estuvieran encendidos continuamente, el cohete se quedaría sin combustible antes de estabilizarse y alcanzar una órbita estable sobre la atmósfera.La técnica también es útil cuando se lanza desde un planeta con una atmósfera espesa, como la Tierra. Debido a que la gravedad cambia la trayectoria de vuelo durante el vuelo libre, el cohete puede usar un ángulo de cabeceo inicial más pequeño, dándole una mayor velocidad vertical y sacándolo de la atmósfera más rápidamente. Esto reduce tanto la resistencia aerodinámica como el estrés aerodinámico durante el lanzamiento. Luego, más tarde, durante el vuelo, el cohete se desliza entre disparos de etapa, lo que le permite nivelarse sobre la atmósfera, de modo que cuando el motor dispara nuevamente, en un ángulo de ataque cero, el empuje acelera la nave horizontalmente, insertándola en órbita.

Cualquier vuelo de cohete implicará una quemadura en su posición orbital final. Si desea ingresar a una órbita de 500 km, su motor se apagará a los 500 km. El perfil muestra que necesita casi 19 minutos para alcanzar la altitud, pero los tiempos de combustión del cohete solo suman 15 minutos. No puedes hacer que llegue allí mágicamente en 15 minutos porque no tienes combustible extra. Por lo tanto, los motores deben estar en silencio durante 4 minutos. Puede lograr esto reiniciando un motor o retrasando el encendido de un motor en primer lugar.

Esto generalmente se hace con un motor pequeño que se usa para la quema final (por ejemplo, el transbordador se deshizo del tanque principal y usó sus motores de maniobra orbital para la quema final), pero en este caso obviamente tenía más sentido usar la cuarta etapa.

Kerbal Space Program, el videojuego, nos enseña que es más efectivo empujar en el apoapsis (punto más alto de la órbita) para aumentar nuestro periapsis (punto más bajo de la órbita). A la espera de disparar la siguiente etapa allí se hará un mejor uso del combustible. Tenga en cuenta que desea que toda la fuerza se aplique en el apoapsis, por lo que desea quemar un poco antes y después, ya que es un objetivo en movimiento a medida que empuja.

La inercia para alejarse más de la atmósfera también puede aumentar la eficiencia de algunos motores, ya que tendrán un impulso específico más alto en el vacío en comparación con una atmósfera.

Las otras respuestas también señalan que ayuda a minimizar la desaceleración debido al arrastre para dejar etapas vacías y su masa unida durante el ascenso.

Algunas fases de "navegación" están diseñadas para limitar las tensiones aerodinámicas en la nave espacial. El transbordador espacial estadounidense es un ejemplo de esto. Después de unos 26 segundos, los motores principales se ralentizan durante los siguientes 34 segundos. En realidad, esto se llama "cubo de empuje".

Si bien esta no es una verdadera "fase de costa" porque los propulsores de cohetes sólidos aún están encendidos, en cierto sentido es una "fase de costa" porque está tratando de limitar la aceleración para reducir el calor y el estrés aerodinámico en la nave espacial.

Si bien otras respuestas aquí describen con precisión su caso de uso particular para la inercia, esta respuesta señala que hay otras razones para la pregunta general de "¿Por qué hay una fase de 'inercia' en algunos lanzamientos espaciales" en beneficio de futuros visitantes?

Crédito a TildalWave por esta referencia y por nombrar/aclarar lo que estaba hablando.

Una de las razones para permanecer apegado y costar es dejar que la etapa inferior termine su agotamiento. Una de las primeras pruebas de lanzamiento de SpaceX falló porque se separaron demasiado pronto. Todavía había combustible residual saliendo de la boquilla después de la separación y la primera etapa chocó con la segunda etapa. Entonces, en el próximo lanzamiento, alargaron el tiempo de inercia adjunto, para asegurarse de que la primera etapa estuviera terminada antes de la separación.