本发明公开了一种飞行器舱段热防护结构系统，其中，对流冷却组件利用超临界压力制冷工质对舱段的蒙皮进行对对流冷却，喷射冷却组件利用制冷工质气体对舱段的内壁及舱内设备进行冷却，气膜冷却组件利用冷却气膜对舱段外热表面隔热冷却；储罐、对流冷却组件、喷射冷却组件和回流组件形成对流‑喷射冷却闭式循环系统；补给系统、储罐、对流冷却组件、喷射冷却组件和气膜冷却组件形成对流‑喷射‑气膜开式系统；补给系统、储罐、对流冷却组件、气膜冷却组件形成对流‑气膜开式系统。本发明冷却工质可重复利用、多种主动冷却方法可灵活结合，热防护高效、可靠。