空天飞机集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身，既能在大气层内作高超音速飞行，又能进入轨道运行，将是21 世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一，是现阶段世界各航天大国研究的热点。 空天飞机需要多次出入大气层，每次飞行时间长达1—2个小时，再入飞行时飞行速度可达12～25马赫。飞机头部前端的气体经过激波压缩之后，阻滞气温可以达到5000K以上，而现有的金属热防护材料的最高耐用温度只有1400K左右，这种情况下如果使用传统的大气数据采集系统，突出于飞机机身的空速管气动加热严重，又没有合适的方式冷却。在空天飞机上采用嵌入式的大气数据采集系统是解决此问题的一条途径。 本文计算了空天飞机头锥部的热环境，提出了有效的防热结构，即机体结构和防热系统一体化设计，把机体结构设计成夹层式，推进剂作为冷却介质在夹层内流动，使它吸走空气与结构外表面摩擦所产生的热量。 本文所做的工作主要如下： 1、讨论了嵌入式大气数据处理系统的探测原理和优化设计； 2、在现有飞行器热防护系统和空天飞机飞行参数的基础上，研究初步确定了合适的可重复使用的金属热防护系统； 3、由金属热防护系统的材料的耐高温温度、空天飞机飞行高度和马赫数，通过数值计算，获得了空天飞机的头锥部驻点的热流密度以及飞机头部热流密度的分布； 4、根据飞机头部热流密度的分布确定了防热层结构和厚度、冷却层结构和冷却气体的压力、流速等具体参数，并计算出飞机头锥部蒙皮内部各点温度分布。