В невесомости не последнюю роль будет играть поверхностное натяжение и смачиваемость/несмачиваемость пластин конденсатора.
Можно постулировать нейтральную смачиваемость и на этом успокоиться.
Лучше рукомахательные обоснования, чем так. Рассмотрение крайних случаев не доказывает, что максимум не достигается в каких-то промежуточных состояниях.
Промежуточные состояния очевидно неустойчивы.
У меня рукомахательные обоснования такие: при невертикальной границе "диэлектрик - пустота" на ней будет находиться ненулевая плотность заряда, которая будет притягиваться к соответствующей пластине.
В этом что-то есть. Действительно, при достаточно сильном поле поперечная граница тоже неустойчива. Хотя энергетические соотношения обычно надежнее.
Ну то есть задача плавно превращается в такую: в плоский незаряженный конденсатор с площадью пластин S и зазором d по центру ввели объём

жидкого диэлектрика. Затем конденсатор зарядили. Определить форму прирятую диэлектриком.
Я бы сказал, что это часть задачи.