本发明公开一种星载复合散热系统及其控制方法，蒸发器通过制冷剂管路依次与气液分离器、压缩机、辐射散热器和节流支路连接，节流支路和旁通支路并联设置，节流支路上设置节流装置，旁通支路上设置旁通阀，压缩机为微型无油变频压缩机。控制器采集发热设备表面温度，控制压缩机、节流装置和旁通阀。在不同的太阳辐射和发热设备负荷情况下，根据发热设备表面温度，该系统可实现两种工作模式：当太阳辐射较强或电子设备散热负荷较大时，压缩机高速运转且节流装置工作，形成蒸气压缩循环，保障散热安全；当太阳辐射较弱且电子设备散热负荷较小时，压缩机低压低速运转，节流装置被旁通，构建动力热管循环，在节能基础上满足传热要求。