2008年4月25日23時35分，首星“天鏈一號01星”，在西昌衛星發射中心由“長征三號丙”運載火箭發射，成功應用于神舟七號載人航天飛行任務，將“神舟”飛船的測控覆蓋率從12%提高到40%以上。
2011年7月11日23時41分，中國在西昌衛星發射中心用“長征三號丙”運載火箭，將“天鏈一號02星”送入太空，神州飛船測控的軌道覆蓋率提高到70%以上。2012年6月16日晚，當“神舟九號”飛船運行至第2圈，測控人員遙控天鏈01/02兩顆中繼衛星對飛船實施捕獲跟蹤，建立了星間雙向通信鏈路。衛星傳回了飛船軌道艙的實時畫面。大屏幕上，3名航天員的一舉一動、一顰一笑清晰展現。
01和02星的出場，看起來好像只是為了神舟和天宮系列飛行器測控做鋪墊，在這場航天大戲中，天鏈傳輸衛星像一個接力手，更像是一個跑龍套的串場角色，而且還是一個近乎于在后臺的龍套——在中國宇航員和神州飛船的耀眼光芒下，天鏈衛星的故事很少有人知道。在幾個小時的神州飛船發射電視直播節目中，只有衛星管控總調度員的三句口令——“天路跟蹤準備正常，星間天線回掃開始!”、“ 01星成功捕獲神舟九號!前返向鏈路已建立!”、“ 02星成功捕獲神舟九號!前返向鏈路已建立!”，讓我們隱約的看到了天鏈劃過天際的一絲身影。
2012年7月25日天鏈一號03升空
神九返回落幕之后大約1個月后，即2012年7月25日， 天鏈一號03星在西昌衛星發射中心成功發射。經過一段時間在軌驗證和系統聯調后，03星與01星、02星實現了全球組網運行，中國由此正式建成第一代中繼衛星系統，并在航天領域愈來愈顯現出其獨特而深遠的作用。
我第一代中繼衛星系統建成
最近，在央視對神十發射的直播中，屏幕右上角常會出現"天鏈"字眼，這是表示當時的視頻信號來自"天鏈一號"數據中繼衛星的轉發。而"濱海"、"南亞"、"喀什"和"遠望"等字眼則分別表示東非肯尼亞的馬林迪測控站、南亞巴基斯坦的卡拉奇測控站、中國新疆的喀什測控站和海上的遠望系列測控船。
與普通通信衛星相比，數據中繼衛星需要克服的第一個技術難題是對航天器的捕獲和跟蹤。中繼衛星運行高度是36000公里，低軌航天器的高度僅為數百公里，距離非常遠;而視頻、高質量靜態圖像又需要高速數據傳輸，中繼衛星與低軌航天器之間需要采用增益高、波束極窄的Ku/Ka波段天線進行通訊。通訊距離遠、通訊波束窄，這就對跟蹤精度提出了極高要求，要達到0.06度。
中繼衛星為了與眾多中低軌道衛星通信，天線處于復雜的變速運動狀態，在轉動速度、加速度和角度上都沒有規律，天線的機械驅動機構不僅要精度高，而且要求在惡劣工作環境下長時間穩定運行，制造難度很大。同樣麻煩的還有天線與衛星的振動耦合問題，非線性結構的天線不規律的運動和振動，對衛星本體姿態控制也有很復雜的影響，對衛星控制也提出了很大的挑戰。而天線制造本身也是一個難題，高數據傳輸速率要求高增益天線，通俗地說，中繼衛星的拋物面通信天線尺寸要盡可能的大。同時，Ku/Ka波段波長小，對天線拋物面精度要求也非常高。數米直徑的拋物面天線整體形面誤差要低于0.1毫米，并且要在外太空高溫差條件下長期保持這樣的精度，其難度可想而知。
所以，數據中繼衛星可以稱得上是當今技術含量最高的通訊衛星。我國在去年完成第一代"天鏈一號"數據中繼衛星體系的建設，進行“太空授課”實則是對自己航天測控實力的一次展示。