聚酰亚胺(Kapton)因为具有较高的比强度,优越的热稳定性、绝缘性、紫外线辐射稳定性及红外线穿透功能,是航天飞行器常用的材料。在近地轨道(low earth orbit, LEO)空间中,原子氧(atomic oxygen, AO)是导致材料性能退化最危险的因素,严重影响了航天器的使用性能和寿命。本工作首先建立了一套原子氧地面模拟设备,重点对POSS/PI和PDMS/PI杂化涂层以及经过硅离子注入改性的有机硅涂层抗AO侵蚀性能进行了系统研究。建立了一套实验室模拟近地轨道空间原子氧环境的实验装置。利用石英晶体微天平对聚酰亚胺在原子氧侵蚀地面模拟设备中原子氧侵蚀速率与原子氧侵蚀攻角之间的关系进行了原位研究。原位质量检测表明,侵蚀攻角与材料的侵蚀速率之间服从余弦关系。采用原位聚合法分别制备了POSS/PI和PDMS/POSS杂化涂层,并对其进行了暴露实验研究。借助于扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、Fourier变换红外光谱(FTIR)等分析测试手段,探索其防护性能。结果表明,这两种杂化涂层能够对Kapton基体提供良好的保护作用,在AO暴露下杂化涂层表面氧化生成一层SiO2惰性膜,阻止了AO对涂层的进一步侵蚀,这两种涂层的AO侵蚀系数分别降低了了1个和2个数量级。离子注入后的有机硅涂层的抗原子氧侵蚀性能在原子氧地面模拟实验装置上进行了测试。暴露初期离子注入的试样质量会发生一点改变,而后不再变化。离子注入改性后有机硅涂层具有较好的抗原子氧侵蚀能力,比聚酰亚胺基体抗侵蚀能力提高了二个数量级以上。XPS分析表明有机硅涂层在原子氧辐照时表面形成了一层二氧化硅薄膜,从而阻止了原子氧对基体的进一步侵蚀。离子注入后的有机硅涂层抗侵蚀能力明显比有机硅涂层显著增加,且暴露后表面没有裂纹产生。