目前高空无人机市场进入井喷式发展,机种品类丰富,应用领域广泛,国内对于高空超低温环境给无人机内部的飞控计算机和诸多基础机载仪器设备造成的响应迟钝、显示阻塞等故障威胁以及由此带来的飞行隐患缺乏系统研究,飞行安全保障有待提高。基于此,本文提出了一种高空无人机温度控制系统设计并完成了以下工作。（1）基于温控系统的节点分布灵活性以及可扩展性,系统设计采用了模块化分屉式架构,单屉温度控制节点分布情况可根据实际需求灵活设置,搭建了基于ST公司的F4系列32位微处理片上系统的温度控制节点硬件平台,完成了主控单元、存储单元及其它各功能单元的算法控制实现,在分析比较了热电偶、热电阻及热释电三种不同类型温度传感器测温原理与材料特性的基础上完成测温单元的设计,最终选择了基于温度系数大、耐久性强、线性度高的耐高温金属铂的三线制热电阻传感器Pt1000作为整流电桥电路的一个臂进行测量。（2）针对无人机所处的高空低温作业环境,通过分析多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics中传热模块的热结构耦合特性,选择以固体传导加热方式为传热机制的传热接口设计,以广义传热方程为基础,研究了系统在指定边界条件下的稳态温度场分布响应机理,并以热薄近似为理论依据对柔性薄膜加热装置中的镍铬合金电路薄层这一关键部分在0.02mm、0.01mm及0.005mm三种不同薄层厚度下的全三维模型和热薄近似模型进行对比仿真,对得到的精确解和通过薄膜近似处理得到的近似解进行了分析讨论,为柔性薄膜加热层厚度优化设计提供理论依据。（3）加热方案的选择及优化设计是评价系统工程意义的关键。本系统柔性薄膜加热装置工作过程中涉及到了电流传导、热传递和热膨胀引起的结构应力和应变等多个物理过程。为了解释这些现象及考虑把握其关键设计因素,本文通过使用高级数值仿真软件COMSOL Multiphysics对三层域柔性薄膜加热装置的热传导问题进行电-热-应力场耦合仿真,通过分析仿真结果中的电热产生、传热以及应力变形情况,对影响加热效率的多种因素进行讨论。（4）通过高低温快速变化实验箱对包含柔性加热装置在内的整个温控系统进行多路控温测试、手动加热测试、自动加热测试及加热阈值修改测试,对系统温控性能进行了定量分析。