É complicado.
Até o final do século XX, tentamos fabricar telescópios monolíticos cada vez maiores. Isso funcionou muito bem até o espelho parabólico de 5 metros no Monte Palomar, na Califórnia, na década de 1940. Isso meio que funcionou, mas apenas por pouco, para o espelho de 6 metros no Cáucaso na Rússia na década de 1970. Funcionou, mas foi uma grande conquista para os espelhos duplos de 8,4 metros para o LBT no Arizona nos anos 2000.
Acabamos aprendendo que o caminho a seguir não é derramar lajes cada vez maiores de vidro de baixa expansão. É geralmente aceito que em algum lugar abaixo de 10 metros de diâmetro seja o maior possível para espelhos monolíticos.
O caminho a seguir é optar por fazer segmentos de espelho menores (1 metro a alguns metros de diâmetro cada) e combiná-los em um espelho de azulejos. É um pouco mais difícil esculpir a superfície curva refletora parabólica assimétrica (ou hiperbólica, elíptica ou esférica) em um segmento como esse, mas é muito mais fácil gerenciar problemas térmicos e de resfriamento quando você precisa lidar com objetos sólidos menores.
Cada segmento é montado em uma célula espelho ativa, com atuadores piezoelétricos que controlam com muita precisão sua posição. Todos os segmentos devem combinar em uma única superfície lisa com uma precisão melhor que 100 mícrons (muito melhor do que na realidade). Então agora você tem uma grande variedade de objetos maciços, controlados dinamicamente por computador, cada um com seus próprios modos de vibração, cada um com sua própria fonte de ruído mecânico, cada um com seus próprios movimentos de expansão térmica, todos "dançando" para cima e para baixo em um alguns mícrons em elementos piezo.
É possível orquestrar um sistema muito grande como esse? Sim. O OWL de 100 metros foi considerado viável tecnicamente. Da perspectiva de manter os espelhos alinhados, uma estrutura ainda maior deve ser possível; os atuadores controlados por computador devem superar a maioria das vibrações e mudar para distâncias muito grandes.
Como você disse, os limites reais são financeiros. A complexidade de um sistema desse tipo aumenta com o quadrado do diâmetro, e com a complexidade vem o custo.
Toda a discussão acima foi sobre telescópios de "abertura cheia": dada uma forma redonda de um certo diâmetro, ela é preenchida com segmentos de espelho. Para uma determinada abertura, esse design captura a maior quantidade de luz.
Mas a abertura não precisa ser preenchida. Pode estar quase vazio. Você poderia ter alguns segmentos refletores na periferia, e o centro seria praticamente nulo. Você teria o mesmo poder de resolução (veria os mesmos pequenos detalhes), mas o brilho da imagem diminuiria, porque você está capturando menos luz total.
Este é o princípio do interferômetro. Os espelhos Keck gêmeos segmentados de 10 metros no Havaí podem funcionar como um interferômetro com uma linha de base de 85 metros. Isso é efetivamente equivalente a uma única abertura de 85 metros em termos de potência de resolução, mas obviamente não em termos de brilho da imagem (quantidade de luz capturada).
A Marinha dos EUA tem um interferômetro no Arizona com espelhos colocados em três braços em forma de Y, cada braço com 250 metros de comprimento. Isso fornece ao instrumento uma linha de base (abertura equivalente) de várias centenas de metros.
O U de Sydney possui um interferômetro de linha de base de 640 metros no deserto australiano.
Os interferômetros não podem ser usados para estudar objetos muito fracos, porque eles não conseguem capturar luz suficiente. Mas eles podem produzir dados de resolução muito alta a partir de objetos brilhantes - por exemplo, são usados para medir o diâmetro de estrelas, como Betelgeuse.
A linha de base de um interferômetro pode ser extremamente grande. Para instrumentos terrestres, uma linha de base com quilômetros de largura é muito viável agora. Maiores serão factíveis no futuro.
Fala-se em construir interferômetros no espaço sideral, em órbita ao redor da Terra ou até maior. Isso forneceria uma linha de base pelo menos nos milhares de quilômetros. Isso não é factível agora, mas parece viável no futuro.