本发明公开了一种航天器桁架结构热稳定性优化设计方法和系统，其中，所述方法包括：根据材料特性获取纤维及基体热膨胀系数，并计算单层板的力学与热膨胀性能；根据所述单层板的力学与热膨胀性能，建立热膨胀系数、刚度和铺层三者之间的函数关系；根据所述函数关系，求出给定目标与约束条件下的管件设计参数，以及所需热膨胀系数的碳纤维复合材料管件的铺层方式，以实现定热膨胀性能管件的反向设计。通过本发明，可在给定材料与管件尺寸的情况下，反向计算出满足设计要求的复合材料管件的铺层形式，提高了复合材料结构设计水平。