北京时间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。
经过一段时间在轨验证和系统联调后，“天链一号03星”将与2008年发射的01星、2011年发射的02星实现全球组网运行，建成比较完备的中继卫星系统。该系统将进一步提高中国载人航天飞行任务的测控覆盖率，为中国神舟飞船以及未来空间实验室、空间站建设提供数据中继和测控服务。同时，还将为中国中、低轨道资源卫星提供数据中继服务，为航天器发射提供测控支持。
“天链一号03星”总指挥兼总设计师、
中国空间技术研究院研究员王家胜接受记者采访时表示，一般说来，中继卫星具有覆盖性、实时性和经济性等三大优点。
经济性方面，虽然理论上可以通过地基系统来完成航天测控的覆盖性和实时性要求，但是这需要很大代价，因为要在地球上建几十个甚至几百个的地面站，而且有的地方(海洋、沙漠)根本不可能实现。而利用中继卫星，3颗卫星就能够实现全轨道覆盖，具有很大经济优势。
王家胜介绍说，与国外中继卫星系统依靠在全世界不同地方设立控管站来实现全轨道覆盖不同，中国中继卫星系统利用国土在经纬度方面跨度的宽度来东西设站，然后通过光纤干网同样也实现了全轨道覆盖，“这应该是我们的一个创新”。
“天链一号03星”发射成功，中国中继卫星系统就形成01星、02星和03星的三星组网，实现全轨道覆盖网络，中国发射的中低轨航天器，可以在轨道上的任何时候都能够通过中继卫星把它的信息传回地面，同时，也可以通过中继卫星对这些卫星进行测控。王家胜认为，在今后相当长一段时间，中继卫星也就是天基系统将和地基系统共同组成一个信息传输网，随着时间的推移，天基系统未来发挥的作用将越来越大。
2021年10月，神舟十三号载人飞船发射和与空间站组合体自主交会对接任务中，北京空间信息传输中心调用天链二号01星和天链一号03、04星接力跟踪，在地面与飞船之间搭起了稳定可靠的“信息天路”，持续高速向北京航天飞行控制中心发送飞船数据，为各关键动作的实施提供了重要的图像和语音双向传输支撑。