本发明公开了一种多功率防冻型空间辐射散热系统及其工作方法，属于能源综合利用领域。该系统通过安装在冷却剂管道内部的防冻支管，在防冻支管内部通入水作为导热介质，通过阀门的控制以及独特的回路设计，控制参与进行辐射散热的辐射散热单元数量，从而达到在调节热管式辐射散热器散热功率的同时还能防止冷却剂支管内部流体冻结的目的。本发明还基于传统的热管式辐射散热器的翅片进行了改进设计，提升了系统的安全性能。本发明具有辐射散热效果调节能力好，冷却剂管道内流体不易冻结，功率调节响应时间短且安全性能好的优点，可以显著提高空间核动力电源系统的稳定性与适应性，能够更好地满足空间飞行器长期外太空飞行的要求。