Почему в космос отправляются только большие ракеты?

Ответ частично содержится в посылке к вопросу - утверждается, что спутники сейчас могут быть размером с мобильный телефон. К сожалению, эта посылка верна лишь отчасти. Действительно, спутник можно сделать размером с мобильный телефон. Существует так называемый формат кубсатов, где размер спутника - примерно один кубический дециметр и масса несколько больше килограмма; спутник может состоять и из нескольких таких блоков.

К сожалению, функциональность таких спутников ограничена физическими причинами. Например, небольшой объектив телескопа не может обеспечить высокого разрешения: существует ограничение, наложенное так называемым дифракционным пределом. Светособирающая сила зависит от площади, а значит, её увеличение также требует большого диаметра объектива. Далее, маленький спутник не может передавать много информации в небольшой промежуток времени (например, много больших многоцветных изображений): ширина канала, по которому передаётся информация, зависит от размера антенны и от энергетических возможностей аппарата. В маленький аппарат не поместится ни большая солнечная батарея, ни буферный аккумулятор большой ёмкости. Аналогичные ограничения имеются и в других областях.

Поэтому геостационарные спутники связи, спутники дистанционного исследования Земли, орбитальные телескопы, автоматические межпланетные станции не могут быть слишком маленькими ("как мобильный телефон"), по крайней мере при нынешнем уровне технологий. Большинство кубсатов - это студенческие спутники и/или демонстраторы технологий. Хотя некоторое их количество уже посылалось даже в дальний космос, но всё-таки это были скорее демонстраторы технологий, чем полнофункциональные аппараты.

Что касается ракет, то, поскольку большие спутники никуда не делись, то маленькие кубсаты обычно гораздо дешевле отправлять в качестве попутной нагрузки с большим спутником на большой ракете, чем запускать маленькую ракету с несколькими кубсатами. Тем не менее, кубсатов в последние годы становится всё больше, и мы видим всплеск "малого ракетостроения" - частные фирмы создают небольшие космические ракеты с маленькой грузоподъёмностью (первые сотни килограммов), которые обладают большей оперативностью (от момента заказа до запуска проходит мало времени). Примеры - "Электрон", LauncherOne и другие. Тем не менее, и для этих ракет основной нагрузкой являются спутники массой в десятки и сотни килограммов, а не в единицы килограммов.

Ну а сверхмалых ракет для запуска одного-единственного кубсата (или тем более спутника размером с мобильный телефон) мы в ближайшее время наверняка не увидим. Во-первых, с уменьшением размера ракеты растут аэродинамические потери, и отправить сверхмалую ракету в космос сложнее (в плане так называемой характеристической скорости), чем просто малую, среднюю или большую. Во-вторых, у миниатюризации тоже есть свои технические пределы, и изготовить сверхмалую, но достаточно точную систему управления, двигатели и прочие системы, скорее всего, не получится. Вдобавок сверхмалая система совсем не обязательно выйдет намного дешевле (и вообще дешевле) большой, поэтому начиная с какого-то предела окажется нецелесообразным или даже невозможным уменьшать размер ракеты. Вероятно, этот предел уже достигнут сейчас, и этот предел несколько больше 10 тонн стартовой массы. Такая ракета доставляет на орбиту примерно 2 % своей стартовой массы, то есть первые сотни килограммов.