Au début des années 60, le Bureau de l'ingénieur en chef Vladimir Tchelomeï entame les premières études portant sur un super missile balistique intercontinental capable de transporter une tête nucléaire de 100 mégatonnes sur une distance de plus de 12 000 km. Dès le départ, les concepteurs se rendent compte que l'UR-500 (Universalnii Raketi ou Fusées Universelles) n'est pas adapté à une utilisation militaire mais qu'il pourrait parfaitement convenir comme lanceur spatial.
Le 24 avril 1962, le Kremlin signe le décret pour le développement de l'UR-500. L'architecture de la fusée est originale et l'est encore cinquante ans plus tard avec ses six réservoirs d'UDMH latéraux accolés au réservoir d'azote central.
Le 16 juillet 1965, l'UR-500 effectue son premier vol d'essai avec succès depuis le cosmodrome de Baïkonour. Il sera suivi par trois autres dont un seul se soldera par un échec. A chaque fois, il était chargé d'un laboratoire dédié à l'étude des particules à très haute énergie présentes en orbite basse. Baptisés Proton, ils donneront leur nom au lanceur UR-500.
L'UR-500 est une fusée à deux étages mais dans les cartons, une version à trois étages est déjà planifiée. L'UR-500K devient la Proton K, la fusée standard exploitée à compter de 1968. Elle assure la mise sur orbite des différentes stations spatiales SalyutMir exploitées par l'Union Soviétique ainsi que des éléments russes dans le cadre du programme de station spatiale internationale. L'aspect général de Proton K ne changera pas mais des améliorations seront apportées au fil des ans autorisant l'emport d'une charge utile plus importante. La principale amélioration porte sur le système de propulsion du premier étage (de MK-1 en 1968 à MK-5 en 2000). La masse à satelliser sur orbite basse passe de 18,9 tonnes au départ à 20,7 tonnes pour le lancement des modules de l'ISS.
Au début des années 90, Khrunitchev travaille sur la modernisation de la fusée Proton. Le chantier démarre en 1992 et abouti à un premier vol de Proton M en 2001. La masse des étages a été allégée et la structure de certaines parties du lanceur a été renforcée afin de pouvoir porter un chargement plus lourd. Le système de contrôle de vol devient entièrement automatique et la motorisation des différents étages est boostée. Les améliorations sur la fusée russe se poursuivent encore aujourd'hui. Elles sont réalisées par « Phase » au cours de laquelle d'autres modifications mineures sont apportées. Ainsi, la charge utile expédiée sur l'orbite de transfert géostationnaire est passée de 5 tonnes en 2001 à 6,3 tonnes en 2016.
Proton K est l'un des lanceurs les plus puissants que l'Union Soviétique ait mis en service. Il est tout désigné pour le lancement des satellites à placer sur l'orbite géostationnaire ou des missions ambitieuses d'exploration spatiale, notamment en direction de la Lune.
Pour remplir ses objectifs, Proton K est équipé d'un quatrième étage, le Block D. Le Block D est un étage conçu par le bureau d'étude de Sergeï Korolev pour la fusée lunaire géante N-1. Suite à une décision du Kremlin, il est décidé de l'intégrer à la fusée Proton K pour les tests du vaisseau circumlunaire 7K-L1 (Soyuz lunaire).
A la fin des années 60, une série impressionnante d'échecs de Proton retarde la qualification et la mise en service du Block D. Néanmoins, les responsables du programme spatial soviétique misent sur Proton pour devancer les Etats-Unis dans la course à la Lune. Le développement de la N-1 est empêtré dans des problèmes de plomberies insolubles, faute de temps et d'argent et la NASA avance à grand pas dans son programme Apollo. Dans le courant de l'année 1968, deux cosmonautes sont désignés pour effectuer un vol circumlunaire à bord d'un vaisseau 7K-L1 lancé par Proton. Si à ce stade, l'agence spatiale américaine est donnée gagnante dans la course, les Soviétiques espèrent toujours voler un peu de gloire en expédiant un équipage autour de la Lune. La fusée est détectée sur son pas de tir par les satellites espions mais jamais elle ne prendra son envol. L'Union Soviétique laisse passer sa dernière chance au profit des Américains. En 1969, la débâcle est totale avec l'explosion au décollage de deux fusées N-1.
Entretemps, il est décider de fiabiliser la fusée Proton et d'améliorer les performances du Block D. A partir du début des années 70, le taux de succès du lanceur russe va augmenter de manière significative. Il sera le fer de lance de l'exploration planétaire et sera associé à plusieurs grandes premières soviétiques. On lui doit notamment les premiers atterrissages réussis sur Vénus et Mars, les premiers tours de roues d'un rover sur un autre monde ou encore la récolte d'échantillons de poussière lunaire.
A la fin des années 60, l'OKB-1, devenu plus tard RSC Energia, lance le développement d'une version modernisée du Block D. La principale innovation est l'incorporation d'un système de navigation au Block DM pour rejoindre l'orbite géostationnaire. Jusqu'alors cette fonction était assurée par la charge utile transportée sur la fusée. Les nouveaux satellites de télécommunications sont dépourvus de tels systèmes. Il a fallu dès lors intégrer cette fonction à l'étage.
Plusieurs modèles du Block DM sont conçus par les ingénieurs de RSC Energia. Certains sont destinés aux missions gouvernementales (DM, DM2, DM-2M, DM5) tandis que d'autres sont des adaptations du Block DM3 voué aux vols commerciaux (DM1, DM3, DM4).
Après la chute de l'Union Soviétique, Russes et Américains s'entendent pour proposer une offre de lancement qui puisse concurrencer directement la fusée Ariane. Avec une capacité supérieure à deux tonnes sur l'orbite géostationnaire, la fusée Proton est une candidate de premier choix pour remplir cette fonction. Lockheed Martin et GKNPZ Khrunitchev s'associent pour former l'International Launch Services. Le 08 avril 1996, une fusée Proton K/Block DM3 lance son premier satellite occidental de télécommunications, le luxembourgeois Astra 1F.
Au début des années 90, GKNPZ Khrunitchev souhaite transformer le missile UR-100 en lanceur spatial à vocation commerciale. Pour atteindre la vitesse de satellisation, il faut lui ajouter un troisième étage. C'est dans cette optique que le bloc de propulsion Briz K est conçu. Il est constitué d'un réservoir cylindrique qui alimente le moteur principal S5.98M ainsi que des petits moteurs auxiliaires servant à l'ajustement de la trajectoire et aux corrections orbitales. Le moteur a la faculté de pouvoir être allumé jusqu'à 8 reprises, ce qui lui confère une grande souplesse d'utilisation.
En 1994, le Ministère de la Défense russe lance un appel d'offre pour la fourniture d'un étage supérieur à la fusée Proton en remplacement du Block DM dont les technologies datent des années 60. Trois industriels déposent un projet mais celui du groupe GKNPZ Khrunitchev qui est sélectionné. Il repose sur le Briz K qui a le mérite d'exister et qui pourrait s'adapter facilement et à moindre coût. Pour répondre aux performances souhaitées, un énorme réservoir torique est ajouté. Il assure la première phase de vol jusqu'à épuisement de ses réserves. Une fois vidé, il est largué et c'est au tour du réservoir cylindrique traditionnel d'alimenter le moteur S5.98M jusqu'à la satellisation.
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