本发明公开了一种散热系统及其控制方法、高空高速飞行器，其属于热防护、热管路技术领域，散热系统包括单相蓄热回路、热泵排热回路及辅助热沉模块，单相蓄热回路包括连通的吸热冷板和储液罐，吸热冷板用于吸收发热设备散发的热量，储液罐用于吸收储存第一管路中介质的热量；热泵排热回路的蒸发器用于吸收第一管路中介质的热量，热泵排热回路的冷凝组件用于释放热泵排热回路中的热量；辅助热沉模块包括储液箱、蒸发腔及位于蒸发腔并连通于储液箱的喷嘴，热泵排热回路的部分管路位于蒸发腔内，喷嘴用于向蒸发腔内喷射工质。本发明的目的在于提供一种散热系统及其控制方法、高空高速飞行器，具有较好的散热效果，能够适用于大功率设备的散热。