本发明提供了空天飞机测试实验的全方程热流密度测控系统及测控方法，涉及飞机测试技术领域。系统包括极端热场生成装置、热参量测量装置、试验控制装置、电功率调节装置，方法包括以下步骤：S1、构建试验控制方程；S2、确立试验控制方程的使能系数和辐射系数；S3、基于试验控制方程测控试验飞机热强度试验；S4、基于热流密度控制目标值对热流密度测控系统进行闭环控制；S5、试验飞机热强度试验安全控制。本发明解决了现有的空天飞机热强度测试中的热强度试验对于热流条件的计算与飞机真实飞行状态下的热流条件存在偏差的问题，具有计算精确、模拟真实的优点。