本发明公开的一种基于热解反应的热防护装置，将碳酸氢铵固体制成颗粒或多孔介质贮存在高性能换热结构中构成热防护装置：在高温环境下，碳酸氢铵固体介质发生热分解反应，以焓变的形式释放冷量；紧接着，热解产生的多组分多相混合工质在容积受限的高温环境中吸热膨胀，压力大幅提升；最后，经过升压的混合工质在压力梯度作用下沿热防护装置的内流道流动，发生含有多次相变的强烈对流换热，进一步冷却高温壁面，通过碳酸氢铵热解释放的冷量、热解工质的相变传热大幅提升热防护能力。