本发明公开了一种可重复使用飞行器前舱热防护系统多目标可靠性优化设计方法，其步骤如下：(1)根据飞行器前舱热防护系统分区隔热原理，实现热防护系统从几何建模到有限元建模的全参数化建模流程；(2)考虑材料分散性，基于不确定传播分析理论，对温度场进行不确定评估；(3)基于红外辐射的基本原理，建立了红外辐射的计算方法。考虑材料分散性，实现红外辐射强度分散性评估；(4)以热防护系统尺寸为设计变量，温度可靠性为约束，结构质量和表面热防护红外辐射强度为目标，实现了前舱热防护系统的多目标可靠性优化设计。本发明在保证前舱热防护系统温度高可靠性的前提下降低了热防护系统的质量，提升了热防护系统的使用性能。