在热防护系统设计中,防热材料起到至关重要的作用,其中烧蚀防热材料因其密度小、防热效率高,在返回舱和星际探索中应用越来越广泛。烧蚀防热材料的热物性参数随温度的变化规律决定了材料内部热传导过程,由于升温过程中发生复杂的热解反应,防热材料的热物性参数很难通过实验方法准确获取,本文通过求解传热反问题辨识防热材料热解过程中的热物性参数。根据防热材料热解与碳化温度将材料区分为原始材料、热解材料与碳化材料。针对原始材料热物性参数辨识问题,提出了分段辨识方法与Levenberg-Marquardt（LM）方法结合,扩大了LM方法的收敛范围;针对碳化材料,建立了同时辨识的迭代格式,实现了热导率和比热的同时辨识。通过数值算例,考察了辨识结果的精度;通过在温度数据中引入随机误差,验证了参数辨识方法对于随机误差的稳定性;设计了一维试样通过激光加热实验对算法的有效性进行了验证。针对热解材料,基于贝叶斯方法提出迭代最大熵（ME）自适应Metropolis-Hasting（AMH）方法进行热物性参数辨识。通过热重分析,获得材料的热解动力学参数,建立材料烧蚀过程仿真模型;利用最大最小拉丁超立方抽样获取参数训练样本,经仿真模型计算相应的温度响应,利用主成分分析（PCA）对温度响应降维,以参数训练样本和对应温度响应的主成分值构成训练样本集,通过高斯过程模型方法构建了代理模型;经过优选,选用平方指数与Matern 3/2组合核函数构建代理模型,并确定了最佳训练样本数量为参数维度的25倍,与仿真模型相比,代理模型计算效率明显提高;结合最大熵原理和自适应MH方法,提出ME-AMH抽样方法,在此基础上,提出了迭代ME-AMH方法修正代理模型,同时求解防热材料热解过程参数辨识问题;以仿真模型计算的温度响应,对迭代ME-AMH方法进行验证,结果表明,仅需参数维度10倍的训练样本即可保证辨识精度,验证了利用迭代ME-AMH方法进行参数辨识的有效性、高效性和稳定性。设计了轻质碳/酚醛防热材料非氧化条件下的风洞实验,获得了恒定热流条件下原始材料和碳化材料的温度响应历程。采用本文提出的辨识方法,获得了原始材料和碳化材料的热物性参数辨识结果。原始材料不同实验模型的辨识结果重复性较好,与恒温加热平台实验数据辨识结果基本一致;随着温度从室温升高至900℃,碳化材料热导率从0.1W/（m·K）增加到0.7W/（m·K）;材料比热从约700J/（kg·K）增加到2970J/（kg·K）,之后缓慢降低至2610J/（kg·K）,不同实验模型的辨识结果重复性较好。利用低密度碳/酚醛防热材料实验模型在非氧化流场作用下温度响应信息,结合原始材料、碳化材料的热物性辨识结果,建立材料烧蚀代理模型。利用材料实验温度数据和代理模型,通过本文提出的迭代ME-AMH方法,完成了不同热流条件下材料表面吸收系数和随温度变化热导率的辨识,并求解了相应参数的置信区间。将热解过程参数辨识结果与原始材料和碳化材料热物性参数辨识结果对比,证明热解过程参数辨识结果的可靠性。利用热解过程参数辨识结果对台阶热流条件下材料的温度响应历程进行了预报,并通过风洞实验获得了温度响应,与直接利用原始材料和碳化材料热物性参数的预报结果相比,提高了温度响应的预报精度,验证了防热材料热解过程热物性参数辨识结果的有效性与可靠性,可以用于使用热流条件下防热材料温度响应的预报,完善高速飞行器热防护系统的设计。