¿Cómo actualizar una "matriz de objetos" con Firestore?

Firestore ahora tiene dos funciones que te permiten actualizar un array sin reescribir todo.

Enlace: https://firebase.google.com/docs/firestore/manage-data/add-data, específicamente https://firebase.google.com/docs/firestore/manage-data/add-data#update_elements_in_an_array

Actualizar elementos en un array

Si tu documento contiene un campo de array, puedes usar arrayUnion() y arrayRemove() para agregar y quitar elementos. arrayUnion() agrega elementos a un array pero solo aquellos que no están presentes. arrayRemove() remueve todas las instancias de cada elemento dado.

Aquí tienes el último ejmplo de la documentación de Firestore:

firebase.firestore.FieldValue.ArrayUnion

var washingtonRef = db.collection("cities").doc("DC");

// Añadir atómicamente una nueva región al campo "regions" de tipo array.
washingtonRef.update({
    regions: firebase.firestore.FieldValue.arrayUnion("greater_virginia")
});

// Eliminar atómicamente una región del campo "regions" de tipo array.
washingtonRef.update({
    regions: firebase.firestore.FieldValue.arrayRemove("east_coast")
});

Puedes utilizar una transacción (https://firebase.google.com/docs/firestore/manage-data/transactions) para obtener el array, agregar elementos y luego actualizar el documento:

    const reserva = { some: "data" };
    const userRef = this.db.collection("users").doc(userId);

    this.db.runTransaction(transaction => {
        // Este código puede ejecutarse varias veces si hay conflictos.
        return transaction.get(userRef).then(doc => {
            if (!doc.data().bookings) {
                transaction.set({
                    bookings: [reserva]
                });
            } else {
                const bookings = doc.data().bookings;
                bookings.push(reserva);
                transaction.update(userRef, { bookings: bookings });
            }
        });
    }).then(function () {
        console.log("¡Transacción realizada con éxito!");
    }).catch(function (error) {
        console.log("Fallo en la transacción: ", error);
    });

Perdón por llegar tarde a la fiesta, pero Firestore lo resolvió desde agosto de 2018. Entonces, si todavía estás buscando eso, aquí tienes todas las cuestiones resueltas con respecto a los arrays.

https://firebase.googleblog.com/2018/08/better-arrays-in-cloud-firestore.htmlEntrada de blog oficial

array-contains, arrayRemove, arrayUnion para verificar, eliminar y actualizar arrays. Espero que te sea útil.