本发明公开了一种空间大型载荷的热管理系统，包括蓄热池、集热器、制冷机、半导体制冷器、风机、热开关和热管；蓄热池将分散的周期工作设备的热量存储起来，根据控温的需要，设计合适的热开关决定排散热量的量，其余则用于维持系统自身温度水平；集热器用来收集分散探测元的工作热量，并由半导体制冷器带走，且控制探测元合适的温度；对于长期工作的大功耗设备，则大部分热量由集热器通过流体回路迁移至遮阳罩，以补偿该处的环境漏热；对于红外设备，其探测元需要用制冷机进行冷却，而制冷机产生的热量则由风机形成强迫对流环境，高效散掉该部分热量。本发明具有高效、灵活、降低热控功耗、减小系统热控重量等特点，能够用于大型空间载荷。