Có nên sử dụng mã trạng thái HTTP 502 nếu proxy không nhận được phản hồi nào không?

Theo RFC:

10.5.3 502 Bad Gateway
Máy chủ, trong khi hoạt động như một cổng hoặc proxy, đã nhận được phản hồi không hợp lệ từ máy chủ ngược dòng mà nó đã truy cập khi cố gắng thực hiện yêu cầu.

Có thể phản ứng không hợp lệ cũng có nghĩa là không có phản ứng gì cả (ví dụ như kết nối từ chối)?

Đúng. Tiêu đề hoặc nội dung phản hồi trống hoặc không đầy đủ thường do kết nối bị hỏng hoặc sự cố phía máy chủ có thể gây ra lỗi 502 nếu được truy cập qua cổng hoặc proxy.

Để biết thêm thông tin về các lỗi mạng

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_HTTP_status_codes