1990年，为了满足返回式卫星的发射需求，研制可靠性更高、经济性更好的火箭，长征二号D的研制任务就这样被提上了日程。与之前长征二号系列的各种型号相比，长征二号D与众不同的是其研制单位是上海航天局，而不是运载火箭技术研究院。另外，长征二号D是在长征四号A运载火箭的基础上研制的。不过话说回来，长征四号也是在长征二号的基础上研制的。因此，长征二号究其根本还是源自于长征二号C运载火箭。
1990年，上海航天技术研究院的各个部门，开始抽调部分长征四号的研制人员，组建成了长征二号D火箭的研制队伍。研制人员在长征四号火箭一二子级的基础上开始研制一二子级直径为3.35米的两级运载火箭。1992年8月9日，长征二号首飞即获得了成功，发射了一颗返回式卫星。1992到1996年间，长征二号运载火箭又进行了3次发射任务，均取得了成功，因此被原中国航天工业总公司授予“优质运载火箭”称号。
随着时代的发展，新一代的返回式卫星质量越累越大，为了更好的满足需求，1996年原总装备部召集了2种六颗卫星发射方案的招标选型工作。由此也开始了长征二号D火箭的改进的工作。直到2003年，改进后的长征二号D 运载火箭于11月首飞成功。截至2012年1月，改进后的长征二号D 运载火箭连续成功的进行了15次发射任务，被航天科技集团有限公司授予“金牌火箭”的荣誉称号。
长征二号D的改进工作主要由提高运载能力，提高可靠性，提高任务适应性以及提高入轨精度四个方面构成。在提高运载能力方面，改进后 的长征二号D运载火箭主要是加长了二级贮箱，采用二级发动机大喷管，延长二级游机滑行时间，增设二级推进剂利用系统等。在提高可靠性方面，长征二号D改进型采用了“光纤+激光双捷联”冗余，采用冗余伺服机构和冗余箭机的方案，减少控制系统1，2类单点的故障。
为了提高长征二号D运载火箭的多任务适应性，设计人员为其设计了，多种构型的整流罩，并且还增加颗排放离轨系统，姿态发动机系统，迭代系统，高空风补偿和中继系统等。长征二号D还可以结合“远征”三号的上面级，实现两个轨道七个卫星的部署发射任务。这种发射任务的难度还是相当的大的。为了提高入轨精度，长征二号D 运载火箭采用了GNSS组合导航技术，采用卡尔曼滤波和简单重调算法，这一系列的改进最终取得了显著的效果。
长征二号D以市场需求为导向，积极拓展国际市场，在国际中低端发射服务中有重要的地位。目前已由最初的发射返回式卫星、带整流罩单星，发展出了多种构型的布局，以充分利用运载能力来最大限度地满足用户需求。2007年长征二号D首次实现支承舱侧壁搭载皮卫星任务，2008年首次实现300千克级卫星的双星并联发射，2013年首次实现支承舱侧壁搭载3颗小卫星发射，2015年首次实现100千克级卫星支承舱侧壁搭载，2016年首次实现双星串联布局并搭载一颗小卫星，2018年实现了串联布局基础上再搭载100千克级卫星及多颗POD小卫星的一箭十二星任务。通过多变的构型，长征二号Ｄ运载火箭不断突破运载能力极限、对整流罩可用空间进一步挖掘，并掌握了一套行之有效的多星发射安全性策略。多星发射已成常态，以 2018年为计，全年共计8次发射任务中有6次应用了多星发射技术，成功完成了37颗卫星发射任务。
长征二号Ｄ火箭发射卫星构型
2012年12月19日，长征二号Ｄ运载火箭在酒泉卫星发射中心将土耳其GK-2地球观测卫星送入高度约685km太阳同步轨道。这是长征二号Ｄ运载火箭首次承担国外研制卫星的发射任务，也是长征系列火箭发射服务首次进人西亚北非市场。通过此次国际发射服务，长征二号Ｄ运载火箭研制队伍形成了规范的国际发射服务程序，为后续的国际发射服务提供了经验。
长征二号Ｄ发射土耳其卫星状态的火箭
此后，长征二号Ｄ运载火箭先后承接了沙特阿拉伯、委内瑞拉、荷兰、阿根廷、厄瓜多尔等诸多国外客户的发射服务。2018年12月7日，长征二号Ｄ运载火箭在酒泉卫星发射中心将沙特国王科技城SaudiSat-5A/B遥感卫星成功送入高度约550km的太阳同步轨道。
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