随着我国空间探测事业的快速发展,运行于低地球轨道（LEO）的空间飞行器数量不断增加。这对长寿命抗原子氧（AO）聚酰亚胺（PI）防护薄膜的需求日益迫切。现有PI薄膜无法长期应用于LEO原子氧环境中。为满足LEO空间飞行器对可长期服役的抗原子氧薄膜的应用需求,本研究工作开展了一系列笼型聚倍半硅氧烷（POSS）复合PI薄膜的化学制备、结构与性能表征以及原子氧侵蚀特性的研究,实现了相关POSS改性复合薄膜的工程化制备。首先,开展了POSS化合物的评价研究。筛选出了兼具良好耐热稳定性以及在PI良溶剂中具有良好溶解性的三硅醇苯基POSS（TSP-POSS）作为PI薄膜基体提升抗AO侵蚀能力的改性剂。将TSP-POSS与Kapton型聚（均苯四甲酸二酐-二氨基二苯醚）（PMDA-ODA）型PI进行复合,采用原位缩聚法制得了PI/TSP-POSS系列复合薄膜。结果表明,TSP-POSS的引入显著增强了复合薄膜的抗AO侵蚀性能,复合薄膜的AO侵蚀率（E_y）随着TSP-POSS含量增加而降低,经通量为4.02×10²⁰ atoms/cm²的AO侵蚀后,TSP-POSS含量为25 wt%的PI-25薄膜的E_y仅为0.22×10^-24cm³/atom,相对于同等条件下Kapton薄膜侵蚀率的7.3%。其次,开展了TSP-POSS改性含氟高透明型聚{六氟异丙基双邻苯二甲酸酐-2,2’-双[（4-氨基苯氧基）苯基]六氟丙烷}（6FDA-BDAF）型PI复合薄膜的研究。通过原位缩聚法制得了6FPI/TSP-POSS系列复合薄膜。结果表明,TSP-POSS的引入可在保持复合薄膜高透明性的同时增强其的抗AO性能,TSP-POSS含量为25 wt%的6FPI-25薄膜在450 nm波长处的透光率为84.7%。经通量为4.02×10²⁰ atoms/cm²的AO侵蚀后,其E_y值为0.40×10^-（24） cm³/atom,相当于Kapton薄膜侵蚀率的13.3%。再次,开展了TSP-POSS改性含磷本征型抗AO型聚{六氟异丙基双邻苯二甲酸酐-2,5-双[（4-氨基苯氧基）苯基]二苯基氧膦}（6FDA-BADPO）型PI复合薄膜的研究。通过原位缩聚法制得了FPI/TSP-POSS系列复合薄膜。结果表明,TSP-POSS的引入可进一步增强复合薄膜的抗AO性能,经通量为4.02×10²⁰atoms/cm²的AO侵蚀后,TSP-POSS含量为25 wt%的FPI-25薄膜的E_y值为0.31×10^-（25） cm³/atom,仅相当于Kapton薄膜侵蚀率的1.0%。最后,在上述研究的基础上开展了POSS复合PI薄膜（PI-20）的工业化连续制备研究,制备了1000 mm幅宽的TSP-POSS含量为20 wt%的PI-20复合薄膜。测试表明,该薄膜具有优良的耐AO性能和良好的耐热与力学性能。