El diseño y la optimización de naves espaciales de reentrada o sus subsistemas es, por naturaleza, un problema de optimización multidisciplinario o multiobjetivo. La optimización del diseño multidisciplinario (MDO) se centra en utilizar la optimización numérica en el diseño de sistemas con varios subsistemas o disciplinas que tienen interacciones y acciones independientes. En el presente documento, el optimizador a nivel de sistema, la trayectoria, la geometría y la forma, la aerodinámica y las ecuaciones diferenciales de aerotermodinámica se convierten en ecuaciones algebraicas utilizando el método pseudospectral de Radau (RPM), ya que una nave espacial es un sistema no lineal, extenso y disperso. La solución al problema con la ayuda de MDO se alcanza iterando todas las disciplinas juntas; se puede mejorar simultáneamente el diseño, reducir el tiempo y el costo de todo el ciclo de diseño y minimizar la masa estructural de una nave espacial de reentrada. Considerando varios métodos presentados en trabajos de investigación anteriores, se presenta un método combinado e innovador de MDO basado en RPM, todo de una vez (AAO), que incluye los subsistemas clave en el proceso de diseño de una nave espacial con forma de cápsula de reentrada con una baja relación de sustentación a resistencia (L/D). Teniendo en cuenta las variables de estado y control aplicables, diversas restricciones y parámetros aplicados a varias formas geométricas de una cápsula romo y utilizando los coeficientes aerodinámicos y aerotérmicos de Apollo, se presentan las dimensiones optimizadas para una nave espacial de reentrada. El esquema de optimización introducido condujo a una reducción de masa del 17% en comparación con la masa original del vehículo Apollo. Se utilizan computación rápida y modelos simplificados juntos en este método para analizar una amplia gama de formas de vehículos y tipos de entrada durante el diseño conceptual.