本发明公开了一种高超声速飞行器头体分离系统及其设计方法、控制方法，涉及高超声速飞行器技术领域。滑翔飞行器和助推器在头体分离过程中通过分离导向装置进行导向，高超声速飞行器头体分离系统的设计方法包括：根据高超声速飞行器的飞行参数和分离导向装置的接触作用，确定助推器残余推力设定值F_助0和头体分离段的特定时刻，特定时刻包括头体分离起始时刻t₀、脱离接触时刻t₀₁和起控时刻t₁，t₀＜t₀₁＜t₁；根据滑翔飞行器与助推器在头体分离段的受力和相对分离距离，确定助推器中分离火箭的推力以及分离导向装置的导向长度L。本发明有助于快速完成高超声速飞行器分离系统方案的论证和设计。