中继卫星(Tracking and Data RelaySatellite System，简称TDRSS)被称为“卫星的卫星”，是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨适测控服务的系统，简称中继系统。可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，极大提高各类卫星使用效益和应急能力，能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传，为应对重大自然灾害赢得更多预警时间。
跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)是20世纪航天测控通信技术的重大突破。这一概念最早是Malcolm Mcmulien 1964年开始定义的，能解决全轨道跟踪多个航天器和高数据率传输问题。TDRSS是充分利用太空的高空资源，把地面的测控及通信站搬到空间地球静止轨道的卫星上去。只要发射两颗星，空间角位置上间距130度，便对所有轨道高度约1200公里至12000公里近地轨道飞行器可实现100%的连续跟踪覆盖，对轨道高度约200公里的飞行器，也可实现85%覆盖。所有用户飞行器、空间站核心站，可利用TDRSS中的任一颗进行双工通信。TDRSS星收集所有用户星的数据，编排成帧后，再与单一地球站建立通信链路，TDRSS和地球终端站就成为太空和地球之间建立通信联系的唯一信息港。地球站通过TDRSS可间接与用户星建立通信链路，借助TDRSS的中继，地球站可对各用户星测轨定位，这种设想一旦成为现实，可大量裁减陆地测控站、测量船，同时也减少建设、维修和操作费用。
全球已有多个国家拥有中继卫星。中继卫星不仅可以跟踪测定中、低轨道卫星，而且还为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据，另外还承担航天飞机和载人飞船的通信以及数据传输中继业务和满足军事特殊需要等。
美国在1983年4月4日发射了第一颗跟踪与数据中继卫星TDRS-1，开创了天基测控新时代;1993年1月，第6颗跟踪与数据中继卫星(TDRS-6 )发射后，该系统具有了在轨运行和轨道备份能力，这才真正完成其组网过程;1995年7月13日发射了第7颗TDRS卫星作为应急备用星，结束了长达10余年的第一代跟踪与数据中继卫星系统的建设工作。美国之所以如此坚持不解地努力发展这一系统，重要原因就是中继卫星的重要作用所在。由于发射失败和卫星本身故障，直到1991年发射第5颗卫星(TDRS-5)时，只能保持一颗完好的卫星在轨，虽然其间也曾有过2颗上作卫星在轨的情况，但没有足够的轨道备份。尽管如此，这种卫星系统已发挥了很大作用，它曾为12种以上的各种中、低轨道航天器提供跟踪与数据中继业务，其中包括著名的哈勃望远镜。
俄罗斯已拥有多个军用和民用数据中继卫星系统。军用系统又称为保密的数据中继系统，于1982年5月发射首颗，1986，1989年又相继发射两颗，都定点于西经14度，因此这种系统至少有2颗卫星同时在轨服务。民用系统又称为“射线”系统，分为东部、中部和西部3个独立的网络。从1985年至今已发展了两代“射线”中继星，其空-地段采用Ku波段，空-空段采用UHF波段。直至1993年3月，正常运行的只有2颗卫星构成的两个网络：即“宇宙”1897卫星服务的中部网和“宇宙”2054卫星服务的西部网。
欧洲航天局于1989年决定发展数据中继卫星，期间有过一些停顿，到1993年欧洲空间局才决定恢复DRS计划。1999年发射第一颗，2003年发射第二颗。
日本宇宙开发事业团对日本的数据中继和跟踪卫星DRTS进行了规划，并于1993年确定了四步发展策略：(1)1995年利用工程试验卫星(ETS)6进行试验;(2)1997年利用通信工程试验卫星COMETS进行试验;(3)1998年利用光学轨道间通信工程试验卫星OICETS进行试验;(4)2000年发射2颗实用型数据中继和跟踪卫星。DRTS系统的目的在于为日本空间活动，如地球观测和国际空间站计划，建立通信基础设施。
我国自主研制中继卫星的脚步相对较晚一些。中国首颗数据中继卫星“天链一号01星”于2008年4月25日23时35分在西昌卫星发射中心成功用“长征三号丙”运载火箭将“天链一号01星”发射，填补了我国卫星领域的又一空白。我国从上世纪80年代初期就开始跟踪TDRSS这一新技术，并在“九五”期间开展了一系列的预研工作，到目前为止已取得了一定的成果。
2011年7月12日，中国第二颗地球同步轨道数据中继卫星“天链一号02星”在西昌成功发射，它与2008年4月发射的首颗中继卫星“天链一号01星”组网运行，为中国即将于下半年实施的首次空间交会对接任务开展应用服务。
2012年7月25日23时43分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭将“天链一号03星”顺利发射升空，并成功送入太空预定轨道。“天链一号03星”是中国发射的第三颗地球同步轨道数据中继卫星，其成功发射后，将实现“天链一号”卫星全球组网运行，标志着中国第一代中继卫星系统正式建成。
我国跟踪与数据中继卫星系统的发展大致分两步走。首先是建立单星系统，使其最大返向数传速率达几百兆，对用户航天器的轨道覆盖率达50%以上;其次采用大型卫星平台建立双星系统，通过2颗星使对用户航天器的轨道覆盖率达到85%。
中继卫星的主要用途分为如下几点。
1、在跟踪测定中、低轨道方面：为了尽可能多地覆盖地球表面和获得较高的地面分辨能力，许多卫星都采用倾角大、高度低的轨道。跟踪和数据中继卫星几乎能对中、低轨道卫星进行连续跟踪，通过转发它们与测控站之间的测距和多普勒频移信息实现对这些卫星轨道的精确测定。
2、在对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据方面：气象、海洋、测地和资源等对地观测卫星在飞经未设地球站的上空时，把遥感、遥测信息暂时存贮在记录器里,而在飞经地球站时再转发。
3、在承担航天飞机和载人飞船的通信和数据传输中继业务方面：地面上的航天测控网平均仅能覆盖15%的近地轨道，航天员与地面上的航天控制中心直接通话和实时传输数据的时间有限。两颗适当配置的跟踪和数据中继卫星能使航天飞机和载人飞船在全部飞行的85%时间内保持与地面联系。
4、在军事特殊需要方面：以往各类军用的通信、导航、气象、侦察、监视和预警等卫星的地面航天控制中心，常须通过一系列地球站和民用通信网进行跟踪、测控和数据传输。跟踪和数据中继卫星可以摆脱对绝大多数地球站的依赖，而自成一独立的专用系统，更有效地为军事服务。
中继卫星对中国载人航天发展至关重要。中国载人航天工程总设计师助理、“天链一号”卫星工程副总设计师刘晋指出，中继卫星已成功应用于载人航天任务并发挥出不可或缺的作用，中继卫星实现全球组网运行，对中国载人航天未来发展至关重要。
据介绍，对轨道200公里以上、2000公里以下空间飞行器的测控，中国以前全靠陆基的地面站加海基的测量船，测控覆盖率大约能达到15%，“天链一号”01星、02星组网运行有了天基测控后，覆盖率达70%左右。在中国载人航天发展过程中，最初没有中继卫星的支持，很多时候神舟飞船只能在进站(进入地面测控站测控弧段)时才能进行天地沟通，包括测控指令的上行下行，而有了“天链一号”中继卫星后，特别是神舟九号载人飞船与天宫一号目标飞行器交会对接任务，“神九”与天宫绕地球飞行一周要90分钟，测控可以覆盖60多分钟，使得地面对天上情况的掌握非常全面和及时。当然，“天链一号03星”发射成功并与01星、02星实现全球组网运行，中国航天测控的覆盖率可以达到近100%，就能随时随地掌握天上航天器的动态。
刘晋表示，中国将来的空间站是长期载人的飞行器，必然需要能随时随地与地面进行上、下行的数据传输和信息沟通，一方面，地面需要知道空间站上面的情况，另一方面，航天员在很小的空间内长期远离祖国、远离大地，他们会有一种心理诉求，希望能够和地面上的人们沟通，不光能听到大家的声音，还能看到大家的影像、家人和孩子的影像等。这时候，中继卫星系统可以发挥很大作用，“天链一号”三星实现全球组网运行后，中国空间站内长期工作、生活的航天员，就可以随时随地与地面联系，和在地面上工作相差无几。
据悉，日本政府已确定发射新型“光通信中继卫星”的计划，该卫星将在5年后发射。即日本计划花5年时间研发光通信中继卫星，预计于2019年将该新型卫星发射升空。研发和发射费用约需400亿日元(约合3.92亿美元)，目前日本政府已经将该计划纳入2015年度预算案中。此前，美国和欧盟已于2013年成功发射光通信中继卫星的验证机，欧盟预计今年内发射实用机。而日本政府为应对大规模地震和海啸等自然灾害，也正加紧与东盟进行光通信中继卫星的相关技术合作。
光通信中继卫星目前是多个航天大国正在推进的一个全新技术。美国曾在最新演示试验中进行激光传输，传输速率可以提高10-100倍。今年2月，美国还使用月球和尘埃探测器向地面传回数据，速度可达每秒622兆。中国也正在推进相关试验，“海洋-2号”卫星曾成功进行过光通信试验。这种技术最大的优点是传输速率快、容量大、抗干扰性强，但对于信息捕获和远距离传输防衰减要求更高。
此外，数据中继卫星系统的链路分为如下几种。第一，向前通信链路(Forward Link，FWL)由地面站-中继星-用户星的通信链路，前向链路中分为前向轨道间链路(星-星)和前向馈电链路(地-星)。第二，返向通信链路(Return Link，RL)由用户星-中继星-地面站的链路，同样分为返向轨道间链路和返向馈电链路。第三，轨道间链路(星间链路IOL)是指用户星和中继星之间的通信链路，采用S/Ka双频段工作，S频段主要用于对用户星测控和传输低速数据，Ka频段用于高速数据传输。馈电链路指中继星与地面站的通信链路，工作在Ka频段。另外，目前许多航空公司在飞机上都采用了地空互联技术，因此，国际间的数据传输许多都依赖于中继卫星，国际间的中继卫星通过地面站的交互，实现了数据漫游，使飞机在航行过程中始终保持数据的不间断传输。
综合上述的讨论，中继卫星对于数据的传输和通信起到了重要的作用。而且关于中继卫星的前沿课题也在不断地探索与发展中。随着航空航天新需求的增加，测量船承载远洋测控任务越来越重，高可靠性海上测控以及高码速率数据传输的要求，使研究中继卫星系统在测量船上的应用有着重要的意义。
相对于航天器用户来说，在测量船上加载用户终端更方便，船行速度慢，易于星地链路捕获和跟踪，测量船天线口径大、发射功率高，易于提高传输速率。测量船作为中继卫星用户主要有“作为高速数据传输路由”以及“满足保密性和抗干扰的要求”的应用前景。测量船作为中继卫星用户的方案设想包括在测量船上利用现有设备天线，增装高频段中继用户端，完成高速率数据传输任务。另外，还可以在测量船上直接安装高/低双频中继用户终端，可以满足与中继卫星进行高、中、低速数据传输的要求。此外，在测量船上直接安装高频段中继用户终端，可以完成于中继卫星之间高速率数据传输任务，使测量船能满足与中继卫星进行高、中速数据传输的要求。具体的设计及方案是今后研究的方向。
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