La cascada de objetivos analíticos (ATC) es un método para coordinar la optimización del diseño de sistemas jerárquicos con un marco basado en la descomposición. Dado que un vehículo de lanzamiento (LV) generalmente es impulsado por dos o más etapas de motores cohete, el diseño general del LV claramente tiene una estructura jerárquica, que incluye el nivel del sistema (realizado por el departamento de diseño general) y el nivel del subsistema (realizado por el departamento de diseño de etapas de motor). En particular, el nivel del subsistema contiene elementos divididos por etapas en lugar de elementos divididos por disciplinas. Por lo tanto, el ATC es inherentemente adecuado para el diseño general del LV. Este documento presenta un marco de descomposición ATC para el diseño de LV de acuerdo con la ingeniería práctica. La viabilidad del algoritmo genético de múltiples islas (MIGA) utilizado en la descomposición ATC se verifica mediante una prueba de programación matemática, en la que se establece la programación no lineal con el algoritmo Lagrangiano cuadrático (NLPQL) como comparación. Se establecen los módulos de análisis multidisciplinario de un motor cohete híbrido (HRM) que impulsa el LV, incluyendo propulsión, estructura, aerodinámica y trayectoria. Se propone una descomposición jerárquica para este diseño de múltiples niveles con un modelo multidisciplinario. Los resultados de la aplicación y optimización verifican la viabilidad del marco de descomposición ATC con MIGA en el diseño preliminar del LV y la precisión de la órbita final es mejor que la del método MDF. Además, los esquemas de diseño final también demuestran que los HRM pueden considerarse como una opción viable de sistema de propulsión para una pequeña carga útil en órbita baja terrestre.