飞船返回舱在以7.5公里/秒的速度返回降落时，表面温度会达到摄氏七八千度，所以在返回阶段，飞船的防热设计至关重要，因为如果此时防热出了问题，飞船必然烧毁无疑。
从1999年底神舟一号飞船胜利返航后，一直停靠在北京航天城的返回舱一直承受着众多关注的目光。默不做声的返回舱似乎在用自己并不好看的“黑脸”向人们无声却自豪地诉说着飞船防热衣的故事。
飞船以高速进入大气时产生的热量足以使一般没有防热措施的航天器在大气中焚毁。航天器防热结构设计的任务就是要设计出一种能经受这类加热环境而不至于在大气层中发生过热和烧毁的航天器结构。用句通俗的话说就是给航天器穿上防热衣。当然这种防热衣是双向的，既要能防热又要能散热。
防热的方法是在航天器的外表蒙上厚厚的铜或铜合金。原理是通过材料本身的热容来吸热；再后来防热用上了利用材料的热解、熔化、蒸发等方式散热的烧蚀材料，包括石棉或玻璃等与一种叫酚醛的物质组成的无机复合材料。这种方法就是目前包括神舟飞船在内的众多飞船所普遍采用的方法。
由于飞船防热的双向要求，一个飞船上有20多个类似舷窗、伞舱、发动机舱的开孔部分，这么多的“窗口”就意味着将为飞船防热设计带来“又要封闭又要防热”的矛盾。设计者将舷窗设计成多层，最外层采用耐高温的材料，这种外层玻璃只隔热但不密封，这样就把矛盾巧妙地化解了。中间多层玻璃之间采用真空密封设计，如果有一层玻璃遭到破坏，里面的玻璃仍可继续承担舷窗的重任。
由于飞船表面不是一个光滑整体，因而需要进行不同的防热设计的部位不下12、3个，每个部位又需要5、6次的试验，加起来就是上百次的试验。
防热材料是从几十种材料中筛选出来的，由于飞船重量的限制，防热材料要求是低密度的烧蚀材料。为进一步将重量降下来，在材料的使用上采用了蜂窝格的设计，材料的这种既有密度又有疏松的“铺装”设计，保证了神舟飞船穿上的是轻薄的防热衣。
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