초고속 비행체는 비행 중 엔진 진동에 의한 음향 압력, 초고속 비행에 의한 공력가열 및 공기역학적 압력 등 다양한 복합적인 하중을 받는다. 초고속 비행체의 스킨은 바깥쪽 표면이 고온 및 압력에 노출되기 때문에 열변형 및 응력이 발생하기 쉽다. 이러한 외부환경으로부터 비행체의 내부 시스템을 보호하기 위해 열방어 시스템 패널(Thermal Protection System Panel)이 요구된다. 본 논문에서는 초내열 합금과 단열재로 구성된 열방어 시스템 패널의 온도 분포와 열 구조적 특성에 대한 해석적 모델을 정의하였다. 해석적 모델을 이용하여 열방어 시스템 패널의 열 구조 특성에 대해 매개변수 분석을 수행하였다. 이를 통해 열방어 시스템 패널의 경량화 및 열 구조적 설계 요구조건을 충족하는 설계변수를 도출하였다.