Un bouclier thermique, dans le domaine de l'astronautique, est un dispositif destiné à protéger une partie d'un engin spatial contre l'échauffement cinétique.
Le terme correspondant en anglais est heat shield.
Le bouclier thermique est utilisé en particulier pour protéger les objets envoyés dans l'espace (sondes, fusées, navettes spatiales) de la hausse de température lors de l'entrée de ces objets dans l'atmosphère. En effet, à cause des frottements, la température peut atteindre des milliers de degrés Celsius. Or les sondes (par exemple) ne peuvent supporter ces températures, et pour cela il faut donc utiliser ces boucliers.
Les boucliers thermiques doivent protéger les objets des hautes températures le temps que l'objet est entouré de plasma.
Un bouclier thermique est constitué par un matériau isolant, un matériau ablatif ou la combinaison des deux.
Selon les applications, les boucliers thermiques peuvent être fixes ou amovibles.
Par exemple, la navette spatiale américaine comporte des tuiles fixes en céramique réparties sur sa face inférieure et le bord d'attaque de ses ailes. Elles sont éventuellement remplacées si elles sont trop dégradées lors d'un retour sur Terre. L'accident de la navette Columbia provenait ainsi de la détérioration trop importante d'une partie de l'aile qui n'a pas pu supporter l'échauffement du retour.
Certaines sondes planétaires comportent un bouclier thermique amovible qui est éjecté juste avant l'atterrissage. Cette éjection facilite le freinage par un parachute et permet de réduire la masse qui doit percuter le sol.
Il existe également des boucliers thermiques gonflables. Ils permettent de gagner énormément de poids et donc ainsi diminuer la charge à lancer.
Pour l'instant ce type de bouclier n'a pas encore passé le stade de la validation. Un premier essai devait être réalisé avec le lancement de la sonde martienne Mars 96, mais cette dernière fut détruite. En octobre 2005, un autre démonstrateur (IRDT pour Innovative Inflatable Re-entry and Descent Technology), de l'Agence spatiale européenne (ESA) a été lancé par un ancien missile balistique russe, mais le démonstrateur disparut sans laisser de trace (bien qu'il fut confirmé qu'il s'était bien séparé du missile).