在航天器設計中，熱控制系統（TCS）的功能是在所有任務階段將航天器的所有組件系統保持在可接受的溫度范圍內。它必須適應外部環境，當航天器暴露于深空或暴露于太陽或行星通量時，該環境可能會在很大范圍內變化，并且必須將航天器自身運行所產生的內部熱量噴射到太空中。

熱控制對于確保最佳性能和成功執行至關重要，因為如果組件承受的溫度過高或過低，則可能會損壞其性能或嚴重影響其性能。為了使特定組件（例如光學傳感器、原子鐘等）保持在規定的溫度穩定性要求之內，還必須進行熱控制，以確保它們盡可能高效地工作。

熱控制子系統可以由被動項和主動項組成，并以兩種方式工作：

• 通過與外部熱通量（例如太陽或行星的紅外和反照率通量）進行隔熱，或通過適當地從內部源除熱（例如內部電子設備發出的熱量）來保護設備免于過熱。
• 保護設備免受過冷的溫度，與外部水槽的隔熱，從外部源吸收的熱量增加或內部源釋放的熱量。

被動熱控制系統（PTCS）組件包括：

• 多層絕緣（MLI），可保護航天器免受過度的太陽或行星加熱以及暴露于深空時的過度冷卻
• 改變外表面熱光學性質的涂層
• 導熱填料，以改善選定接口處的熱耦合（例如，在電子單元與其散熱器之間的熱路徑上）
• 熱墊圈，以減少選定接口處的熱耦合
• 熱量倍增器，將設備散發的熱量散布在散熱器表面
• 后視鏡（次表面鏡SSM或光學太陽反射鏡OSR）可提高外部散熱器的散熱能力，同時減少對外部太陽通量的吸收
• 放射性同位素加熱器單元（RHU），一些行星和探索任務使用它來產生用于TCS的熱量

主動熱控制系統（ATCS）組件包括：

• 恒溫控制的電阻式電加熱器，可在任務的寒冷階段將設備溫度保持在其下限以上
• 流體回路將設備散發的熱量傳遞到散熱器。他們可以：
  • 單相回路，由泵控制
  • 兩相回路，由熱管（HP）、回路熱管（LHP）或毛細管泵回路（CPL）組成
• 百葉窗（隨溫度改變空間的散熱能力）
• 熱電冷卻器

• 環境互動
  • 包括航天器外表面與環境的相互作用。要么需要保護表面不受環境影響，要么必須改善交互作用。環境相互作用的兩個主要目標是減少或增加吸收的環境通量以及減少或增加對環境的熱損失。
• 熱量收集
  • 包括從產生熱量的設備中消除散熱，以免航天器溫度意外升高。
• 熱傳輸
  • 將熱量從產生熱量的地方帶到輻射設備。
• 散熱
  • 收集和傳輸的熱量必須在適當的溫度下排到散熱片，該散熱片通常是周圍的空間環境。排除溫度取決于所涉及的熱量，要控制的溫度以及設備向其輻射熱量的環境溫度。
• 供熱和儲存。
  • 維持所需的溫度水平，其中必須提供熱量并且必須預見適當的儲熱能力。

船上儀器和設備的溫度要求是熱控制系統設計的主要因素。TCS的目標是使所有儀器都在允許的溫度范圍內工作。航天器上的所有電子儀器（例如照相機、數據收集設備、電池等）均具有固定的工作溫度范圍。將這些儀器保持在最佳工作溫度范圍對于每個任務都至關重要。溫度范圍的一些示例包括

• 電池，其工作范圍非常狹窄，通常在-5至20?C之間
• 出于安全考慮，推進部件的典型溫度范圍為5至40°C，但是可以接受更寬的范圍
• 攝像機的溫度范圍為-30至40?C
• 太陽能電池板，工作溫度范圍為?150至100?C
• 紅外光譜儀，范圍為?40至60?C

• 復合材料
• 通過高級無源散熱器排熱
• 噴霧冷卻裝置（例如液滴散熱器）
• 輕質隔熱
• 可變發射技術
• 鉆石膜
• 先進的熱控制涂料
  • 縮微片
  • 先進的薄膜噴涂
  • 鍍銀石英鏡
  • 先進的金屬化聚合物基薄膜