El sistema de lanzamiento vertical-despegue horizontal (VTHL) de dos etapas a órbita (TSTO) es un tipo de vehículo de lanzamiento novedoso en el que una primera etapa reutilizable puede despegar verticalmente como un cohete y aterrizar horizontalmente como un avión. La ventaja del vehículo VTHL TSTO es que los costos de lanzamiento pueden reducirse significativamente debido a su primera etapa reutilizable. Este documento presenta una aplicación de optimización de análisis multidisciplinario en el dimensionamiento preliminar del diseño conceptual del vehículo VTHL TSTO. El concepto VTHL TSTO se evalúa mediante análisis multidisciplinarios, que incluyen geometría, propulsión, aerodinámica, masa, trayectoria y estabilidad estática. El dimensionamiento preliminar del vehículo VTHL TSTO se formula como un problema de optimización multidisciplinaria. El enfoque de este documento es investigar los impactos de la reutilización de la primera etapa y la selección de propulsores en la altitud y velocidad de separación, tamaño y masa de los vehículos VTHL TSTO. Las observaciones de los resultados muestran que la velocidad y altitud del punto de separación óptimo están determinadas principalmente por la reutilización de la primera etapa, lo que a su vez afecta el tamaño y la masa de la etapa superior y de la primera etapa. La primera etapa alimentada por combustible de hidrocarburo tiene una masa seca más baja en comparación con la alimentada por hidrógeno líquido.