作为质子号火箭家族专门为深空任务优化的衍生型号，质子K/D-2组级运载火箭的运载参数完全围绕星际发射需求设计。其5.39吨的地月转移轨道运载能力，刚好匹配20世纪80年代苏联大型深空探测器的重量需求，相比基础型质子K/D组级，改进后的D-2上面级让火箭在星际轨道投送精度上提升了15%，能够满足火星探测任务中需要的轨道切入精度要求。该型号的定位完全服务于苏联深空探测计划，不承担近地轨道卫星、地球同步轨道卫星的发射任务，是苏联航天体系内少有的任务指向性极强的专用运载火箭，与承担通用发射任务的质子K/DM系列形成了明确的任务分工。

质子K/D-2组级的技术方案延续了苏联航天“通用化、继承性优先”的研发思路，前三级完全沿用成熟的质子K三级火箭构型，仅针对深空任务改进了上面级，大幅降低了研发风险和成本。D-2上面级使用的RD-58M发动机可在真空环境下实现3次以上点火，能够完成近地轨道停泊、地火转移轨道切入、中途轨道修正等多个动作，完美匹配火星探测的轨道需求。特殊的“载荷代导航”设计虽然对搭载航天器的自主能力提出了更高要求，但也为载荷节省了近200公斤的箭体导航设备重量，进一步提升了有效载荷能力。不过该设计也限制了火箭的通用性，无法发射没有自主导航能力的普通卫星，这也是该型号发射次数较少的核心原因之一。推进剂选择上，前三级使用的常温有毒推进剂虽然存在污染问题，但可以在发射台长时间加注待命，不需要液氢这类需要临射前加注的低温推进剂，更适合发射窗口窄、准备流程复杂的深空探测任务。

该型号的全部两次发射都服务于苏联的“福波斯”火星探测计划，这一计划是20世纪80年代全球规模最大的火星探测项目，联合了14个国家的科研机构参与。两次发射均完美完成了火箭段的任务，将探测器准确送入地火转移轨道，100%的发射成功率验证了D-2上面级改进方案的可靠性。其中1988年7月12日发射的福波斯2号是人类首个尝试抵近观测火卫一的探测器，在失联前已经传回了37张火星表面图像和大量火星大气、电离层探测数据，取得了丰硕的科研成果。虽然两次任务最终都因探测器自身故障未能完成全部预设目标，但质子K/D-2组级火箭的表现完全符合设计预期，成为苏联深空运载火箭发展史上的成熟过渡型号。该型号仅生产了3枚箭体，除两次成功发射外，第三枚原计划用于后续火星探测任务的备份箭体，因苏联航天经费缩减最终未投入使用，至此该型号正式退出航天发射序列，其技术积累后续被应用到质子M火箭的上面级改进中。