低轨航天器绕地球运行，单次过境地面站的时间通常只有几分钟，数据传输窗口有限。数据中继卫星的作用，就是在更高的轨道上担任数据中转站。 中继卫星位于地球同步轨道附近，可以同时与低轨航天器和地面站保持链路。低轨航天器将数据发往中继卫星，再由中继卫星转发至地面，从而把原本有限的过境窗口扩展为更长的可见弧段。对空间站与遥感卫星而言，这种方式可以显著提高数据回传的连续性与时效性。 实现上述能力需要解决激光与微波链路的指向精度、多用户调度与数据加密等问题，中继系统的建设通常与卫星数量、地面站布局协同规划。